Hetero-sequenzierte Käfigverbindungen als Bio-inspirierte molekulare Reaktionskolben

• Antragsteller: Dr. Matthias Otte
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 384747028

Die effiziente Katalyse von chemischen Reaktionen ist von substantieller Bedeutung für die moderne Gesellschaft. Chemiker sind bei der Entwicklung neuer Katalysatoren oft von der Natur inspiriert.Die Katalysatoren der Natur sind die Enzyme. Diese können chemische Reaktionen mit großer Präzession und Effektivität katalysieren. Die Reaktionen finden dabei an aktiven Zentren statt, welche sich in geschützten nicht symmetrischen Taschen befinden. Während die genauen Strukturen der meisten aktiven Zentren bekannt sind, sind deren genauen Funktionsweisen meistens noch nicht ausreichend verstanden.Im Rahmen dieses Projektes sollen die unsymmetrischen Taschen und aktiven Zentren von Enzymen durch synthetische Verbindungen nachgeahmt werden. Diese Nachahmungen werden durch die Synthese von neuen Käfigverbindungen erreicht. Ähnlich wie die unsymmetrischen Taschen der Enzyme, sollen auch die hier dargestellten Käfigverbindungen über unsymmetrische Hohlräume verfügen. In diesen synthetischen Hohlräumen werden sich aktive Zentren befinden, die chemische Reaktionen katalysieren können. Die Hohlräume werden durch den Einsatz neuer synthetischer Konzepte dargestellt. Durch diese neuen synthetischen und unsymmetrischen Käfigverbindungen wird die Nachahmung von Enzymen in einer Genauigkeit angestrebt, die bisher unbekannt ist. Im Besonderen verfolgt die Nachahmung der Enzyme zwei Ziele.Das erste ist die Entwicklung neuer Katalysatoren, die in der Lage sind, ihre Reaktionspartner auf Grund von deren Größe auszuwählen. Die Auswahl erfolgt durch die Käfigverbindung. Diese besitzt Poren einer gewissen Größe und lässt daher ungewünschte Reaktionspartner nicht in das Innere des Käfigs vordingen, wo sich das aktive Zentrum befindet. Dieses Konzept der Größenselektiven-Katalyse soll auf die Oxidation von organischen Verbindungen angewendet werden. Dafür sollen Katalysatoren, die auf Eisen, Mangan oder Kupfer basieren, verwendet werden. Die Größenselektive-Katalyse ist von potentiellem Interesse für die Synthese von Medikamenten oder Feinchemikalien. Darüber hinaus kann sie in der Umwandlung von Rohöl oder Biomasse eine Rolle spielen.Das zweite Ziel ist das Erlangen eines besseren Verständnisses der Funktionsweise wichtiger aktiver Zentren in Enzymen. Dafür sollen Modelle dieser Zentren in den Käfigverbindungen nachgebaut werden. Die Käfige beschützen die Zentren und erlauben so eine einfachere Untersuchung. Es sollen zwei besonders wichtige Motive untersucht werden. Das eine ist ein Eisen-Komplex, welcher sich in Enzymen befindet, die wichtige Oxidationen katalysieren (u. a. die Darstellung von Penizillin). Das zweite ist der sogenannte Eisen-Molybdän-Kofaktor, der Stickstoff in Ammoniak umwandeln kann. Ammoniak ist für die Nahrungsproduktion von sehr großer Wichtigkeit. Die hier gewonnenen Erkenntnisse können dazu verwendet werden, effektivere Katalysatoren für die Synthese von Ammoniak zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen