Buch, Deutsch, 233 Seiten, Format (B × H): 145 mm x 210 mm
Buch, Deutsch, 233 Seiten, Format (B × H): 145 mm x 210 mm
ISBN: 978-3-89722-716-3
Verlag: Logos
In der vorliegenden Arbeit werden Modellstudien für die metallfreie Hydrogenase methanogener Arachaea beschrieben. Diese katalysiert die reversible Umsetzung von Methenyltetrahydromethanopterin zu Methylentetrahydromethanopterin mit molekularem Wasserstoff - in Abwesenheit eines Übergangsmetalls.
Der erste Teil befaßt sich mit der zuerst von Walling und Bollyky beschriebenen basenkatalysierten Hydrierung von Benzophenon und untersucht diese Reaktion hinsichtlich ihrer Eignung als niedermolekulares Modellsystem für die metallfreie Hydrogenase. Anhand von Kontrollexperimenten konnte gezeigt werden, daß die beobachtete, formale Hydridübertragung - wie bei der enzymatische Reaktion - auf eine hetero-lytische Spaltung von molekularem Wasserstoff zurückzuführen ist.
In zwei weiteren Aspekten verhält sich die Walling-Bollyky-Reaktion hingegen nicht wie die enzymkatalysierte Umsetzung: Zum einen ist sie irreversibel, zum anderen wird bei ihr ein ausgeprägter kinetischer Isotopeneffekt von etwa kH/kD = 40 beobachtet, wobei der letzte Befund für eine Aktivierung des Wasserstoffs durch den Katalysator spricht. Da zwischen tert-Butanol und D2 ebenfalls ein basenkatalysierter Austausch erfolgt, ist für die Beobachtung des Isotopeneffekts der Einsatz von tert-Butanol-d zwingend erforderlich.
Die bei der kinetischen Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Reaktion erhaltenen Ergebnisse deuten darauf hin, daß bei niedrigen Temperaturen Kalium-tert-butylat allein katalytisch wirksam ist, während bei höheren Temperaturen eine weitere Spezies, z.B. das Benzhydrolat-Anion, aktiv wird, die die höheren Umsätze bedingt. Wie zu erwarten, beobachtet man bei zunehmenden H2-Druck eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit, allerdings auch höhere Endumsätze. Es konnte gezeigt werden, daß als Folge der längeren Reaktionszeiten eine Deaktivierung der Base erfolgt, die die Reaktion bei niedrigeren Drücken früher zum Stillstand kommen läßt.
Darüber hinaus gelang es, Benzophenon auch in Gegenwart anderer, schwächerer Basen wie z.B. KOH oder DBU zu reduzieren und zudem das Substratspektrum der Reaktion auf andere nicht-enolisierbare Ketone zu erweitern. Mit der Irreversibilität der Reaktion ist eine Voraussetzung für die kinetische Kontrolle einer asymmetrischen Variante gegeben. Tatsächlich ließ sich durch den Einsatz von chiralem Kalium-(R)-1-phenylethanolat als Katalysator bei niedrigen Temperaturen das prochirale tert-Butylphenylketon mit einem Enantiomerenüberschuß von 12% in den Alkohol 2,2-Dimethyl-1-phenylethanol überführen. Im zweiten Teil wurde ein Modellkonzept auf der Basis 6,6'-substituierter [2,2']-Bipyridine entwickelt. Hierbei sollen der das Enzym und der das Substrat repräsen-tierende Teil durch Koordination an ein Zn2+-Kation in geeignete Abstände und Geometrien gelangen und so eine Umsetzung im Sinne der enzymatischen Reakion ermöglicht werden. Dabei wurden Ergebnisse aus ab initio-Berechnungen zum Übergangszustand der enzymatischen Reaktion sowie Bindungswinkel und - abstände aus Kristallstrukturen von Bipyridin-Zink-Komplexen berücksichtigt.
Verschiedene Bipyridin-Liganden wurden als Zielverbindungen ausgewählt, von denen einige im Rahmen dieser Arbeit dargestellt werden konnten. Unter verschiedenen Reaktionsbedingungen führte jedoch weder der Hydrierungs-versuch dieser Liganden mit H2, noch der Ansatz, aus dem protonierten Liganden säurekatalysiert molekularen Wasserstoff freizusetzen, zum Erfolg. Schließlich konnte durch die Analyse von Kristallstrukturen gezeigt werden, daß 6,6'-Dimethyl-[2,2']-bipyridin in Abhängigkeit von der Protonierung der beiden Pyridin-Stickstoffatome Konformationen mit Torsionswinkeln q(N-C-C'-N') von 180.0° bis 4.4° einnimmt.
Summary
The subject of this thesis are model-reactions for the metal-free hydrogenase of methanogenic archaea which catalyzes the reversible transformation of methenyl-H4MPT to methylen-H4MPT. In the first part, the base-catalyzed hydrogenation of benzopheno
