FOR 934:  Relative and absolute configurations of dissolved molecules by NMR-spectroscopy in orienting media

• Fachliche Zuordnung: Chemie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 44192252

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Ziel der Forschergruppe war die Entwicklung einer generell anwendbaren und vielseitigen Methode für die Computer-unterstützte NMR-spektroskopische Bestimmung von relativen und absoluten Konfigurationen von Naturstoffen und anderen organischen Verbindungen unter Verwendung anisotroper NMR-Parameter (residuale dipolare Kopplungen, RDCs und residuale chemische Verschiebungsanisotropie, RCSA) sowie die Entwicklung von achiralen und chiralen Alignment-Medien zu diesem Zweck. Die Bestimmung relativer und absoluter Konfigurationen beliebiger Moleküle stellt trotz der enormen Erfolge bei der Strukturbestimmung von Biomakromolekülen bekannter Konfiguration eine formidable Herausforderung dar. Von besonderem Wert sind hier Struktur relevante Parameter wie RDCs, die nicht der Parametrisierung bedürfen (J-Kopplungen) und die unabhängig von Unterbrechungen der J oder NOE-Konnektivität sind. Dies ist von besonderer Wichtigkeit im Zusammenhang mit Konfigurationszuordnungen unbestimmter stereogener Einheiten, insbesondere, wenn diese weit von einander entfernt sind. Um dieses Ziel zu erreichen und um die Forderung nach Datensätzen aus verschiedenen, möglichst linear unabhängigen Alignment Medien zu erfüllen, ist es notwendig neue orientierende Medien (achirale und chirale) ebenso zu entwickeln wie neue Methoden zur Messung, Interpretation und Vorhersage von anisotropen NMR-Parametern. Im Einzelnen wurden folgende Ziele definiert: Entwicklung und Optimierung chiraler Orientierungsmedien. Technische Entwicklungen zur Messung anisotroper NMR Parameter. Computer-unterstützte Interpretation der Daten. Die Vorhersage anisotroper NMR-Parameter. Durch die Arbeiten von Luy (gestreckte Gele, Streckapparat), Thiele (Derivate von Polypeptiden als LLC- Phasen und als quervernetzte Gele), Griesinger (chirale Gele auf Polyacrylamidbasis) und Reggelin (lyotrop flüssigkristalline Phasen auf Basis helikal-chiraler Polyacetylene) konnten eine ganze Reihe neuartiger Alignmentmedien hergestellt werden. Diese sind divers was ihre Lösungsmittelkompatibilität angeht und weisen zum Teil extreme Enantiomeren differenzierende Eigenschaften auf (Polyacetylene). Die Gruppe Luy hat eine Reihe von Pulssequenzen entwickelt (unter anderem: CLIP/CLAP-HSQC, COB- HSQC, CLIP-RESET), wobei das CLIP-HSQC heute als das Standardexperiment zur Messung von 1DCH-Kopplungen gelten darf. Darüber hinaus gelang es der gleichen Gruppe dipolare und CSA-Tensoren in MD Simulationen zu verwenden und viel versprechende Ansätze zur Bestimmung von Absolutkonfigurationen zu entwickeln. In einem alternativen Ansatz gelang dies auch unter Verwendung von Polyacetylenen und einer MD-Methode (Sun, Griesinger, Reggelin). Die Griesinger Gruppe entwickelte Messmethoden zur Bestimmung von Weitbereichs-RDCs und RCSAs. Zahlreiche Beispiele zur Verwendung von anisotropen NMR Parametern und chiroptischen Daten (mit Reinscheid) zur Bestimmung von Relativkonfigurationen auch komplexerer Verbindungen wurden vorgestellt. Letzteres war auch Gegenstand in den Gruppen Thiele und Köck. Berger und Mitarbeiter haben Schwingungskorrekturterme in die Software hotFCHT implementiert, die auch zur Auswertung von RDCs genutzt wird.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "On the Treatment of Conformational Flexibility when Using Residual Dipolar Couplings for Structure Determination", Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6708-6712
  C. M. Thiele, V. Schmidts, B. Böttcher, I. Louzao, R. Berger, A. Maliniak, B. Stevensson
  
• "Polyguanidines as Chiral Orienting Media for Organic Compounds", Chem. Eur. J. 2010, 16, 10342-10346
  L. Arnold, A. Marx, C. Thiele, M. Reggelin
  
• "The Absolute Configuration of Dibromopalau'amine", Eur. J. Org. Chem. 2010, 6900-6903
  U. M. Reinscheid, M. Köck, C. Cychon, V. Schmidts, C. M. Thiele, C. Griesinger
  
• "Bijvoet in Solution Reveals Unexpected Stereoselectivity in a Michael Addition", Chem. Eur. J. 2011, 17, 1811-1817
  H. Sun, E. J. d'Auvergne, U. M. Reinscheid, L. Carlos Dias, C. K. Z. Andrade, R. O. Rocha, C. Griesinger
  
• "Challenge of Large-Scale Motion for Residual Dipolar Coupling Based Analysis of Configuration: The Case of Fibrosterol Sulfate A", J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14629-14636
  H. Sun, U. M. Reinscheid, E. L. Whitson, E. J. d'Auvergne, C. M. Ireland, A. Navarro-Vazquez, C. Griesinger
  
• "Residual Chemical Shift Anisotropy (RCSA): A Tool for the Analysis of the Configuration of Small Molecules", Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 9487-9490
  F. Hallwass, M. Schmidt, H. Sun, A. Mazur, G. Kummerlöwe, B. Luy, A. Navarro-Vázquez, C. Griesinger, U. M. Reinscheid
  
• "Variable angle NMR spectroscopy and its application to the measurement of residual chemical shift anisotropy", J. Magn. Reson. 2011, 209, 19-30
  G. Kummerlöwe, S. L. Grage, C. M. Thiele, I. Kuprov, A. S. Ulrich, B. Luy
  
• "Chiral discrimination of amines by anisotropic NMR parameters using chiral polyacrylamide-based gels", Magn. Reson. Chem. 2012, 50 Suppl 1, S38-44
  M. Schmidt, H. Sun, A. Leonov, C. Griesinger, U. M. Reinscheid
  
• "Determining the Absolute Configuration of (+)-Mefloquine HCl, the Side-Effect-Reducing Enantiomer of the Antimalaria Drug Lariam", J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3080-3083
  M. Schmidt, H. Sun, P. Rogne, G. K. E. Scriba, C. Griesinger, L. T. Kuhn, U. M. Reinscheid
  
• "Is Enantiomer Assignment Possible by NMR Spectroscopy Using Residual Dipolar Couplings from Chiral Nonracemic Alignment Media? A Critical Assessment", Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8388-8391
  R. Berger, J. Courtieu, R. R. Gil, C. Griesinger, M. Köck, P. Lesot, B. Luy, D. Merlet, A. Navarro- Vázquez, M. Reggelin, U. M. Reinscheid, C. M. Thiele, M. Zweckstetter
  
• "Polyacetylenes as Enantiodifferentiating Alignment Media", Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8334-8338
  N.-C. Meyer, A. Krupp, V. Schmidts, C. M. Thiele, M. Reggelin
  
• "The Absolute Configuration of (+)- and (-)-erythro-Mefloquine", Angew. Chem. 2013, 125
  M. Müller, C. M. Orben, N. Schützenmeister, M. Schmidt, A. Leonov, U. M. Reinscheid, B. Dittrich, C. Griesinger
  
• "Trapped in Misbelief for Almost 40 Years: Selective Synthesis of the Four Stereoisomers of Mefloquine", Chemistry – A European Journal 2013, 19, 17584-17588
  N. Schützenmeister, M. Müller, U. M. Reinscheid, C. Griesinger, A. Leonov