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Synthesis of stable heavy isotope containing small molecules
15N-containing substitued pyridines and fluorinated 13C-compounds for selective protein labeling
Cherilyn Cikan
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Biologische Chemie
Betreuer*in
Roman J. Lichtenecker
DOI
10.25365/thesis.72160
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11015.49671.818084-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
I: Dieses Projekt ist eine Industriekooperation, welche die Synthese von 4-15N-Amino-3-15N-Nitropyridin beinhaltet. Ausgehend von kommerziell erhältlicher Isonicotinsäure wurde ein Syntheseweg optimiert. Die 15N markierte Aminogruppe wurde über Amidierung mittels 15NH4Cl eingführt. Im nächsten Schritt wurden drei Synthesepro- tokolle für den Hofmann Abbau evaluiert um Aminopyridin zu erhalten. Im letzten Schritt wurde die 15N markierte Nitrogruppe über aromatische Nitrierung mit K15NO3 eingeführt. Gesamt konnten 1,63 g markiertes 4-15N-Amino- 3-15N-Nitropyridin erzeugt werden, mit einer Gesamtausbeute von 17 % über drei Schritte. II: NMR-Spektroskopie ermöglicht die dreidimensionale Strukturaufklärung von Proteinen in wässriger Lösung. Für die Analyse und Interpretation ist der Einbau unnatürlicher und/oder isotopenmarkierter Aminosäuren entschei- dend. Dieses Masterprojekt beschäftigt sich mit der Synthese von fluoriertem Phenylalanin und der direkten Vorstufe im Metabolismus des exprimierenden Organismus (E. coli), Phenylpyruvat. Ausgehend von [1-13C]Glycin wurde eine Synthese in drei Schritten durchgeführt um jeweils para-Fluorphenyl-[1-13 C]Pyruvat; 3,5-Difluor-4-Hydroxyphenyl- [1-13 C]Pyruvat und 2,6-Difluor-4-Hydroxyphenyl-[1-13 C]Pyruvat zu erhalten. Um para-Fluor Phenylalanin zu gewin- nen wurde eine vierstufige Synthese ausgehend von unmarkiertem Glycin durchgeführt. Diese Verbindungen wur- den synthetisiert um ihre Metabolisierung über den Shikimisäureweg von E. coli zu untersuchen, durch dessen Aufnahme eine selektive 13C und 15N Rückgratmarkierung, zusammen mit fluorierten aromatischen Ringsyste- men erzielt werden kann. Mit den erlangten Kenntnissen können weitere Markierungsmuster von Phenylalanin entwickelt werden, mit besonderem Fokus auf 12C – 2H und 13C – 19F Spinsysteme für die Untersuchung von Pro- teindynamiken aromatischer Ringsysteme mittels TROSY.
Abstract
(Englisch)
I: This project derives from an industry cooperation, which involves the synthesis of [4-15N]amino-[3-15N]nitropyridine. A synthetic route was optimized starting from commercially available isonicotinic acid. A 15 N-labeled amino group was introduced via amidation using 15NH4Cl as an isotope source. For the next step three variations of Hofmann degradation were evaluated to obtain the aminopyridine. In the final step a 15N-labeled nitro group was imple- mented via aromatic nitration utilizing K15NO3. Overall 1.63 g of 15N-labeled ANP could be produced with an overall yield of 17 % via three steps. II: High-resolution NMR spectroscopy allows three-dimensional structure investigation at atomic resolution under near native conditions. The analysis and interpretation of large proteins relies on the incorporation of unnatu- ral and/or isotope-labeled amino acids into proteins. This master project focused on the synthesis of fluorinated phenylalanine and its late metabolic precursor, phenylpyruvate. Starting from [1-13C]glycine a synthetic route of three steps was conducted to yield para-fluorophenyl-[1-13 C]pyruvate; 3,5-difluoro-4-hydroxyphenyl-[1-13 C]pyruvate and 2,6-difluoro-4-hydroxyphenyl-[1-13C]pyruvate; respectively. To obtain para-fluorophenylalanine four steps were performed starting from unlabeled glycine. The compounds were synthesized to assess the bacterial uptake of fluorinated phenylalanine species via the shikimic acid pathway to achieve highly-selective 13C and 15N back- bone labeling combined with fluorinated aromatic ring systems. The knowledge gained will be used to design fur- ther labeling patterns of phenylalanine, with high regard to 12C – 2H and 13C – 19F spin systems for the investigation of aromatic ring system dynamics via transverse relaxation-optimized spectroscopy (TROSY).
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Protein-NMR Isotopenmarkierung 19F unnatürliche Aminosäure Phenylalanin 15N Pyridinderivate Amidierung Hofmann Abbau aromatische Nitrierung
Schlagwörter
(Englisch)
protein NMR isotope labeling 19F unnatural amino acid phenylalanine 15N pyridine derivates amidation Hofmann degradation aromatic nitration
Autor*innen
Cherilyn Cikan
Haupttitel (Englisch)
Synthesis of stable heavy isotope containing small molecules
Hauptuntertitel (Englisch)
15N-containing substitued pyridines and fluorinated 13C-compounds for selective protein labeling
Paralleltitel (Deutsch)
Synthese kleiner Moleküle, welche stabile schwere Isotope beinhalten
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
xvi, 87 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Roman J. Lichtenecker
AC Nummer
AC16603377
Utheses ID
64314
Studienkennzahl
UA | 066 | 863 | |