Integrierung von Enzymen und chemischer Katalyse zur Entwicklung neuer Reaktionswege

• Antragsteller: Dr. Luis Bering
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426555714

Für die Entwicklung einer nachhaltigeren Gesellschaft spielt Chemie eine zentrale Rolle. Ein dringender Bedarf besteht für Realisierung von grüneren und umweltfreundlichen Prozessen. Dabei kann interdisziplinäre Forschung an der Schnittstelle von Chemie und Biologie Lösungen für diese globale Herausforderung hervorbringen. Neue und nachhaltige Synthesewege für wertvolle Produkte wie Pharmazeutika, Agrochemikalien und andere Feinchemikalien können entwickelt werden. Viele Pharmazeutika beinhalten eine Amidbindung. Zudem ist die Synthese von Amiden eine der am häufigsten verwendeten Reaktionen in der medizinischen Chemie. Trotz der weiten Verbreitung der Synthese von Amiden bleiben entscheidende Probleme ungelöst. Amidsynthese basiert auf dem Einsatz stöchiometrischer Mengen an Kupplungsreagenzien, welche teuer sind, signifikante Probleme bei der Aufreinigung verursachen und zu großen Mengen an chemischem Abfall führen. Darüber hinaus sind gängige Reagenzien und Lösungsmittel zur Synthese von Amiden oft toxisch. Folglich existiert ein hoher Bedarf an alternativen, sauberen und effizienteren katalytischen Methoden zur Darstellung von Amiden. An dieser Stelle setzt dieses Projekt mit einem völlig neuen Ansatz zur Synthese von Amiden durch die Kombination von chemischer und biologischer Katalyse an. Biokatalyse gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dies ist bedingt durch die hohe Kontrolle der Reaktivität von Enzymen sowie den umweltfreundlichen Reaktionsbedingungen, welche durch den Einsatz von Biokatalysatoren erzielt werden können. Es kann jedoch nicht jede chemische Transformation durch Enzyme realisiert werden, da übergangsmetall-katalysierte Reaktionen nicht in biologischen Systemen existieren. Somit kann die Kombination dieser beiden Katalysatorklassen zu neuen chemischen Transformationen führen, die nicht möglich sind, wenn nur biologische oder chemische Katalyse genutzt wird. Ich berichte von der Entwicklung einer integrierten Reaktion durch die Kombination des Enzyms Nitrilhydratase (NHase) mit der übergangsmetall-katalysierten Ullmann-Arylierung für die Synthese von Amiden, ausgehend von leicht zugänglichen organischen Nitrilen. Dieses Projekt für die Integrierung von chemischer und biokatalytischer Synthese wurde durch die Entwicklung einer milden und nachhaltigen Synthesemethode von verschiedenen Amiden realisiert. Die Biokatalysatoren sind in größeren Mengen und einfach herstellbar. Der chemische Katalyseschritt wurde intensiv optimiert und erlaubt den Einsatz von einem preiswerten und leicht zugänglichen Übergangsmetallkatalysator. Ein breites Substratspektrum demonstriert die allgemeine Anwendbarkeit der Methode. Zudem konnte ein konzeptioneller Beweis für die Synthese von schwer zugänglichen chiralen Amiden erbracht werden. Somit ist die Integrierung des Enzyms NHase mit Übergangsmetallkatalyse ein völlig neuer Ansatz zur Synthese von Amiden, welcher eine nachhaltige und effiziente Alternative zu bekannten Methoden darstellt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Jason Micklefield, Ph.D.