Selektive Biokatalytische Synthese von Glycerolethern

• Antragsteller: Dr. Felix Kaspar
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492196858

Ether sind eine fundamentale funktionelle Gruppe in der organischen Chemie. Trotz umfassender Fortschritte in der Synthesechemie existieren aktuell kaum Methoden zur regioselektiven Ethersynthese, wodurch in der Regel auf Schutzgruppen und/oder retrosynthetische Umwege zurückgegriffen werden muss, um das gewünschte Etherprodukt zu erhalten. Kürzliche Erweiterungen des biokatalytischen Arsenals haben eine Reihe selektiver Alkylierungssysteme eingeführt, die jedoch größtenteils auf Methyl- bis Propylether beschränkt sind. Enzymatische Methoden zur Synthese sterisch anspruchsvollerer Ether existieren bislang nicht. Folglich wäre ein biokatalytischer Ansatz zur regioselektiven Synthese sterisch anspruchsvoller Ether sehr begehrenswert. Deshalb beabsichtige ich eine biokatalytische Strategie zur regioselektiven Synthese von Glycerolethern basierend auf Geranylgeranylglycerolphosphat Synthasen zu entwickeln. Diese Enzyme katalysieren eine nukleophile Substitution zwischen Glycerol-1-phosphat und Alkylpyrophosphaten, wobei amphiphile Glycerolether erhalten werden. Obwohl diese Enzyme aus biochemischer Perspektive bereits ausgiebig untersucht wurden und einige Kristallstrukturen bekannt sind, gibt es bisher keine biokatalytischen Anwendungen ihrer Reaktionen. Im Rahmen dieses Projekts sollen Geranylgeranylglycerolphosphat Synthasen in E. coli exprimiert und mit Hochdurchsatzverfahren charakterisiert werden. Diese Enzyme sollen dann in präparativen chemoenzymatischen Reaktionen mit einem Spektrum an Alkylpyrophosphaten angewendet werden. Ausgehend von den existierenden Proteinstrukturen soll das Produktspektrum dieser Enzyme durch semi-rationales Protein Engineering weiter vergrößert werden, was synthetischen Zugang zu einer Reihe von Etherprodukten ermöglichen wird. Zuletzt sollen diese Enzyme in eine vollständig biokatalytische Phosphorylierungskaskade eingebunden werden, um die Synthese von Glycerolethern mittels formaler Kondensation zweier Alkohole zu erlauben, wobei es sich um eine lange bestehende synthetische Herausforderung handelt. Insgesamt stellt dieses Projekt einen wichtigen Schritt in der Entwicklung neuer biokatalytischer Transformationen dar und wird Methoden zur regioselektiven Ethersynthese hervorbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Philipp Klahn; Professorin Dr. Anett Schallmey