Untersuchung des synthetischen Potentials einer neuartigen Zyklase : Entwicklung eines Systems zur Herstellung chiraler Sauerstoffheterozyklen mittels enzymatischer Racemattrennung

Titelangaben

Roß-Taschner, Theresa:
Untersuchung des synthetischen Potentials einer neuartigen Zyklase : Entwicklung eines Systems zur Herstellung chiraler Sauerstoffheterozyklen mittels enzymatischer Racemattrennung.
Bayreuth , 2026 . - IX, 392 S.
( Dissertation, 2026 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

Volltext

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum einen 9-AMA als chirales Derivatisierungsreagenz für die direkte Konfigurationsbestimmung von enzymatischen Assays mit KR-Domänen untersucht. Weiterhin wurde an der Verbesserung der synthetischen Nutzbarkeit der Zyklase AmbDH3 durch Integration in ADH-AmbDH3-Kaskaden gearbeitet, um einen einfachen Zugang zu chiralen O-Heterozyklen zu ermöglichen. 9-AMA wurde synthetisiert und dessen Anwendbarkeit als CDA zuerst am Beispiel einfacher, enantiomerenreiner Alkohole validiert. Im Anschluss wurden die Produkte enzymatischer Reduktionen von 3-Ketothioestern durch KR-Domänen mittels dieser Methode bezüglich ihrer Konfiguration erfolgreich analysiert. Dabei zeigte sich, dass eine befürchtete Instabilität der acylierten 3-Hydroxythioester nicht gegeben ist und dass deren Konfiguration auch bereits aus den Rohprodukten der enzymatischen Reaktionen bestimmt werden kann. Hiermit konnte eine verlässliche Methode für die Konfigurationsanalyse von biomimetischen Hydroxythioestern identifiziert werden, die auch im zweiten Teil der Arbeit erfolgreich zum Einsatz kam. Das synthetische Potenzial von AmbDH3 wurde in früheren Arbeiten der Arbeitsgruppe identifiziert. In dieser Arbeit wurden Schritte unternommen, dieses besser auszuarbeiten durch Entwicklung einer enzymatischen Kaskadenreaktion aus ADHs und AmbDH3. Durch das entwickelte Verfahren lassen sich ausgehend von leicht zugänglichen SNAC-Ketoenthioaten durch Eintopfreaktion chirale THP-Ringe mit bis zu vier Stereozentren herstellen. Ein chemisch-synthetisches Äquivalent dieser Kaskadenreaktion ist bisher nicht bekannt. 7 Keto-SNAC- und Ethylthioester mit unterschiedlichen Resten an den Positionen C2, C6 und C7 wurden erfolgreich in einfachen Routen synthetisiert, um als prochirale Ausgangsverbindungen in der Eintopfreaktion eingesetzt zu werden. In dieser katalysiert AmbDH3 die Zyklisierung des (R)-konfigurierten Alkohols zum THP-Ring. Für die selektive Reduktion des 7-Ketothioesters zum 7-Hydroxythioester wurden THCs und ADHs getestet. Während die ausgewählten THCs zu keinen guten Umsätzen zum Alkohol führten, erbrachten die ADHs bereits in den ersten Tests vielversprechende Ergebnisse, sodass die ADHs mit den besten Er- gebnissen in Hinblick auf Umsatz und ee-Wert nach Optimierung der Reaktionsbedingungen in der Eintopfreaktion mit AmbDH3 eingesetzt wurden. Ein Upscaling dieser Kaskadenreaktion auf 10 und 100 mg wurde mit gereinigtem Enzym und einer Ganz-Zell Biotransformation durchgeführt. Diese Ergebnisse konnten zum ersten Mal zeigen, dass ADHs SNAC- und Ethylthioester als biomimetische Thioester selektiv zu den jeweiligen Alkoholen reduzieren. Zudem belegen die Ergebnisse, dass AmbDH3 und ADH sowie die Reaktionsbedingungen kompatibel sind und in einer Eintopfreaktion kombiniert werden können, um einen einfachen Zugang zu chiralen O Heterozyklen zu ermöglichen.

Abstract in weiterer Sprache

Within this study, 9-AMA was investigated as a chiral derivatization reagent for the direct configuration determination of enzymatic assays with KR domains. Furthermore work was carried out to improve the synthetic potential of the cyclase AmbDH3 by integrating it into ADH-AmbDH3 cascades to enable easy access to chiral O-heterocycles. 9-AMA was synthesized and its application as CDA was first investigated on simple, enantio-merically pure alcohols. Subsequently, the products of enzymatic reductions of 3-keto-thioesters by KR domains were successfully analyzed for their configuration using this method. It was shown that the feared instability of the acylated 3-hydroxythioesters does not exist and that their configuration can also be determined from the raw products of the enzymatic reactions. This made it possible to identify a reliable method for the configuration analysis of biomimetic hydroxythioesters, which was also successfully used in the second part of the work. The synthetic potential of AmbDH3 was identified in previous work by the working group. In this work, steps were taken to better elaborate this by developing an enzymatic cascade reaction of ADHs and AmbDH3. Using the developed method, chiral THP rings with up to four stereocenters can be produced using easily accessible SNAC ketoenthioates in a one-pot reaction. A chemical-synthetic equivalent of this cascade reaction is not yet known. 7-Keto-SNAC and ethylthioesters with different residues at positions C2, C6, and C7 were successfully synthesized in simple routes to be used as prochiral starting compounds in the one-pot reaction. In this, AmbDH3 catalyzes the cyclization of the (R)-configured alcohol to the THP ring. THCs and ADHs were tested for the selective reduction of the 7-keto-thioester to the 7-hydroxythioester. While the selected THCs did not lead to good conversions to alcohol, the ADHs produced promising results in the first tests, so that the ADHs with the best results in terms of conversion and ee value were used in the one-pot reaction with AmbDH3 after optimization of the reaction conditions. An upscaling of this cascade reaction to 10 and 100 mg was carried out with purified enzyme and whole-cell biotransformation. These results showed for the first time that ADHs selectively reduce SNAC and ethyl thioesters as biomimetic thioesters to the respective alcohols. Furthermore, the results demonstrate that AmbDH3 and ADH as well as the reaction conditions are compatible and can be combined in a one-pot reaction to provide easy access to chiral O-heterocycles.