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Enzym katalysierte Reduktion von monosubstituierten Acetophenonen mittels Xylose Reduktase aus Candida tenuis
Michael Vogl
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Lothar Brecker
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29344.35274.934060-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In Zuge dieser Arbeit werden 29 monosubstituierte Acetophenone als Substrate synthetisiert oder kommerziell erworben. Diese werden mit dem Enzym Candida tenuis Xylose Reduktase (CtXR) umgesetzt, dessen natürliches Substrat Xylose ist. Dadurch werden die katalytischen Aktivitäten der einzelnen Substratumsetzungen bestimmt. Es zeigt sich, dass es mehrere Substrate gibt, deren Reduktion eine höhere katalytische Aktivität als das natürliche Substrat aufweisen. Als Beispiel sei nur ortho-Chloracetophenon [1] genannt. Dabei stellt sich heraus, dass einige Substituenten an der ortho-Position eine Erhöhung der katalytischen Aktivität erzielen. Hiervon zeigen die Halogene und Pseudohalogenide die stärksten aktivierenden Einflüsse. Diese Tatsachen können durch elektronische und induktive Effekte sowie durch räumliche Nähe zum Reaktionszentrum erklärt werden. Auch haben die Halogene an ortho-Position einen großen Einfluss auf die Keto-Enol-Tautomerie, denn bei diesen Substraten ist in D2O ein H/D-Austausch an der Methylgruppe am schnellsten. Somit kann ein Einfluss dieser Tautomerie auf die katalytische Aktivität nachvollzogen werden. Von den beiden am besten akzeptierten Substraten werden größere Mengen umgesetzt, um weitere Untersuchungen bezüglich Absolutkonfiguration durchzuführen. Dabei stellt sich heraus, dass es sich bei dem Produkt um ein 99,9 % reines Enantiomer des jeweiligen Alkohols handelt. Dieser wird dann mit mehreren Methoden auf seine Absolutkonfiguration untersucht. Das Endergebnis legt eine (S)-Konfiguration vor. Desweiteren werden in situ NMR-Messungen durchgeführt, um eventuell entstehende Zwischen- und Nebenprodukte zu beobachten. Solche können auch bei der Umsetzung der Nitro-substituierten Substrate detektiert werden. Jedoch kann das entstandene Nebenprodukt auf Grund der geringen Menge nicht ausreichend analysiert werden, um eine Aussage über dessen Struktur zu treffen. Die anderen in situ NMR Messungen verlaufen unauffällig und zeigen klare und schlüssige Reaktionsverläufe der enzymkatalysierten Reduktionen. Eine weitere Aufgabe dieser Arbeit besteht darin, einen Zusammenhang zwischen spektroskopischen Methoden und der katalytischen Aktivität oder des s-Hammet-Werts der substituierten Phenylgruppen zu finden. Die zur Verfügung stehenden Methoden sind NMR Shifts der einzelnen 1H- und 13C-Atome und die IR-Carbonylbanden der Substrate. Dabei zeigt sich, dass die Wellenzahlen der IR-Carbonylbanden einen linear steigenden Zusammenhang, sowohl mit der katalytischen Aktivität als auch mit dem s-Hammet-Wert, haben. Außerdem werden die NMR-Shifts von dem Carbonyl-, ipso- und Methylkohlenstoff sowie den Methylprotonen gemessen und mit den katalytischen Aktivitäten und s Hammet Werten korreliert. Dabei weisen nur Methylprotonen einen linear steigender Zusammenhang auf, aus den restlichen Korrelationen sind keine oder nur eine konstante lineare Abhängigkeiten voneinander zu erkennen. Mittels STD-NMR-Messungen können Informationen über die Bindung der Substrate an das Enzym gewonnen werden, dabei bestätigen sich die Ergebnisse aus den Aktivitätsmessungen. Zudem zeigt sich, dass die Substrate auch unspezifisch an dem Enzym binden und mit dem entsprechenden Koenzym eine spezifische Bindung eingehen, sofern sie umgesetzt werden. Zwischen Substrat und Produkt dürfte eine Bindungskonkurrenz vorliegen. Der kleine Teil der Substratakzeptanz, den diese Arbeit abdeckt, bringt überraschende Ergebnisse. So kann der aus der Umsetzung entstandene Alkohol etwa als enantiomerenreiner Synthesebaustein verwendet werden.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Candida Tenuis Xylose Reduktase monosubstituiertes Acetophenon Enantioselektive Reduktion NMR-Spektroskopie IR-Spektroskopie Hammet-Gleichung
Autor*innen
Michael Vogl
Haupttitel (Deutsch)
Enzym katalysierte Reduktion von monosubstituierten Acetophenonen mittels Xylose Reduktase aus Candida tenuis
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
117 S.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Lothar Brecker
Klassifikation
35 Chemie > 35.50 Organische Chemie: Allgemeines
AC Nummer
AC08101686
Utheses ID
2675
Studienkennzahl
UA | 419 | | |