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Drittmittelprojekt

Titel:
Selektive Oxyfunktionalisierung

Projektleitung an der Universität Würzburg:

Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler:

Kurzbeschreibung:
Enzymatische und mikrobiologische Katalysen sind zu selektiven Oxyfunktionalisierungen genutzt worden. Zur Darstellung optisch aktiver 2-Hydroxysäuren wurden die alpha-Oxidase (I) aus Erbsen, die Glykolatoxidase aus Spinat (II) und mikrobielle Lipasen (III) verwendet.
Mit gereingter (I) sind in Anwesenheit von Zinn(II)chlorid durch direkte Dioxygenierung enantiomerenreine (R)-2-Hydroxysäuren der Kettenlängen C12-C20 gewonnen worden. Substrate ohne signifikante hydrophobe Substituenten wie kurzkettige Carbonsäuren oder Dicarbonsäuren wurden von (I) nicht umgesetzt. Darüber hinaus unterblieb die alpha-Hydroxylierung bei Vorliegen einer Doppelbindung bzw. eines Heteroatoms in der Nähe (weniger als drei C-Atome) der Carbonsäurefunktionalität. Die enzymatische Racematspaltung von chiralen 2-Hydroxysäuren durch enantioselektive Oxidation mit molekularem Sauerstoff in Gegenwart von (II) ermöglichte ebenfalls die Darstellung enantiomerenreiner (R)-2-Hydroxysäuren. Sterische Beanspruchung duch eine Methyl-, Hydroxy- oder Phenylgruppe in Nachbarschaft zur 2-Hydroxygruppe wurde vom Enzym nicht toleriert. Die enzymatische Racematspaltung durch (II) mit anschließender enantioselektiver Reduktion der 2-Oxosäuren mit D-Lactatdehydrogenase (Lactobacillus leichmanii) führte in einem Eintopf-Verfahren zum (R)-Enantiomer (ee > 94%). Durch diese Tandemreaktion wurde das (R)-Enantiomer aus dem Racemat quantitativ erhalten. Die mikrobiellen Lipasen aus Candida antarctica und Burkholderia sp. erwiesen sich als effiziente Biokatalysatoren für die Synthese von optisch aktiven 2-Hydroxysäuren durch enantioselektive Acetylierung. Auch bei diesen Enzymen war die Selektivität bei Vorliegen einer Doppelbindung oder einem Heteroatom in der Nähe der 2-Hydroxyfunktionalität erheblich vermindert.
Die kinetische Racematspaltung chiraler Hydroperoxide ist erstmals mit Bakterien und Fungi durchgeführt worden. Dabei ließen sich mit Bacillus subtilis Enantiomerenanreicherungen bis zu 88% ee erzielen. Mit Aspergillus niger durchgeführte Studien belegten das Vorkommen mehrerer Peroxidasen mit jeweils unterschiedlicher Stereoselektivität. Schließlich wurde eine breite Palette von Arylalkanen und Alkanen mit Bacillus megaterium zu Alkoholen mit Enantiomerenüberschüssen von 50-99% umgesetzt. Die Regioselektivität ließ sich durch Zuatz von Cytochrom P450-Induktoren beeinflussen. Ab einer Seitenkettenlänge von fünf C-Atomen und bei allen verwendeten Alkanen wurden auch geringe Anteile an Ketonen beobachtet, die durch Oxidation der entsprechenden Alkohole gebildet worden sind.
Mikrobielle Studien wurden mit aus Boden isoliertem Stenotrophomonas maltophilia fortgesetzt, der exogen zugesetzte Fettsäuren (C8-C22) unter Kettenverkürzung selektiv zu 3(R)-Hydroxyfettsäuren umsetzte.
Zur Stereokontrolle und zur Aufklärung von Absolutkonfigurationen kamen chromatographisch-spektroskopische Techniken und die Exciton-CD-Methode (ECCD) zur Anwendung.

Schlagworte:
    Oxyfunktionalisierung
    Hydroxysäuren
    alpha-Oxidase
    Glykolatoxidase
    Lipasen
    Dioxygenierung
    Candida antarctica
    Burkholderia sp.
    Bacillus subtilis
    Aspergillus niger
    Stenotrophomonas maltophilia
    Hydroperoxide
    Kinetische Racematspaltung
    Exciton-D

Laufzeit: von 01.1999 bis 12.2001

Förderinstitution:
DFG ,Genehmigungsdatum: 01.10.1999

Publikationen:

Links:
Forschungsschwerpunkt