Identifizierung und Synthese flüchtiger Verbindungen aus Pheromondrüsen tropischer Frösche

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Schulz
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227082455

Flüchtige chemische Signale von Amphibien sind bisher recht wenig erforscht. In dem Projekt soll die Chemie der Gular- und Femoraldrüsen von afrikanischen Hyperoliiden und Mantelliden untersucht werden. In diesen beiden Familien besitzen die Männchen derartige Drüsen, in denen sich flüchtige Verbindungen befinden. Die Chemie der oft komplex zusammengesetzten Drüsen-Buketts von Verbindungen ist ungewöhnlich. Dabei dominieren makrocyclische Lactone, insbesondere bei Mantelliden, und Sesquiterpene bei Hyperoliiden. Viele dieser Verbindungen sind neuartig und bisher nicht beschrieben. Für die Strukturaufklärung sollen organisch-analytische Methoden genutzt und die sich daraus ergebenden Zielverbindungen anschließend synthetisiert werden. Die in den Drüsen vorkommenden geringen Mengen der Verbindungen und ihre oftmals komplexe Zusammensetzung verhindern meist den Einsatz der üblichen kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie), um Strukturen zu bestimmen. Daher werden verschiedene Methoden zum Einsatz kommen, die in einer derartigen Kombination bisher nicht verwendet wurden. Neben klassischen Verfahren wie Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/MS) und Mikroderivatisierungen von Extrakten, werden eine hochempfindliche Gaschromatographie/Infrarotspektroskopie-Kopplung (GC/FT-IR) und die Berechnung von Infrarotspektren von Strukturvorschlägen mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie (DFT) Methoden zum Einsatz kommen. Komplementär dazu sollen Sesquiterpen-Kohlenwasserstoffe entweder reduktiv oder oxidativ derivatisiert werden, um durch Vergleich mit derivatisierten Extrakten Informationen über die Struktur der unbekannten Verbindungen der Frösche zu erhalten. Die nachfolgende Synthese den Ergebnissen abgeleiteten Zielverbindungen wird die Strukturen verifizieren und Material für geplante Verhaltenstests bei diesen Fröschen liefern sowie weitergehende biologische Assays ermöglichen.In der ersten Förderperiode wurden insbesondere Mantelliden untersucht, so dass in der zweiten die Hyperoliiden im Vordergrund stehen. Da Sesquiterpene dominierende Inhaltsstoffe der Gulardrüsen dieser Frösche sind, sollen durch Transkriptomanalysen der nur während der Paarungszeit innervierten Gulardrüsen mögliche Gene zur Synthese der Sesquiterpene detektiert werden. Diese putativen Sesquiterpen-Cyclasen sollen dann in Kooperation heterolog exprimiert werden, um so bisher kaum untersuche Wirbeltier-Sesquiterpen-Cyclasen zu charakterisieren. In der ersten Förderperiode wurden Extrakte von etwa 80 Arten erhalten und teilweise charakterisiert, die als Grundstock für die zweite Förderperiode dienen. Nach der Strukturaufklärung der vielen unbekannten Verbindungen in diesen Drüsen wird eine vergleichende Analyse Hinweise auf die Evolution, Funktion und Diversifikation der Chemie dieser artenreichen Froschfamilien liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen