400 MHz NMR-Spektrometerkonsole
Final Report Abstract
Die altersbedingt notwendige Erneuerung und Erweiterung der 400 und 500 MHz NMR Geräte der zentralen Analytik haben sich für das gesamte Department in erwarteter Art und Weise als in höchstem Maße gewinnbringend bestätigt. NMR Spektroskopie ist in fast allen Teilen der Chemie und Pharmazie Hauptmethode für die Charakterisierung der synthetisch hergestellten Produkte. Für die Vielzahl chemischer Synthesen und Analysen sind dabei 400 und 500 MHz Geräte das Mittel der Wahl, so dass eine große Zahl von Gruppen eine Vielzahl von herausragenden Ergebnissen hat produzieren können, die direkt durch das reibungslose Funktionieren solcher Geräte bedingt ist. Die Funktionalität der NMR der zentralen Analytik war vorher nicht mehr gegeben, sowohl was die Zuverlässigkeit der in den späten 80er Jahren angeschafften Geräte als auch den Stand der Hard- und Software betrifft, die längst nicht mehr den „State-of-the-art“ erreicht haben, den die Vielzahl der komplexen synthetischen Arbeiten am Department erforderte. Für die verschiedenen Substanzen waren (komplexizitätsabhängig) beide Feldstärken notwendig, zudem sind durch die Neuerung der erforderliche Durchsatz in Zusammenhang mit erweiterten Einsatzbereichen und Techniken erreicht worden. Beispiele für den erfolgreichen Einsatz der erforderlichen Geräte in der zentralen NMR Analytik, der sich global über das ganze Department erstreckt und damit nur als Gesamtantrag und -anschaffung beschreiben lässt, sind vielfach im Folgenden aufgeführt. So sind die Entwicklung von neuartigen Photoschaltern mit herausragenden Eigenschaften und genaues Studium ihrer Schaltmechanismen in der Arbeitsgruppe Dube zu nennen, für die eine präzise und empfindliche Charakterisierung von Moleküldynamik gebraucht wurde. Im Arbeitskreis Knochel hat die Möglichkeit, neue NMR Konsolen zu verwenden, die Untersuchung von metallorganischen Reaktionen deutlich erleichtert und beschleunigt. Man konnte z.B. unstabile Zinkintermediate leichter charakterisieren und dadurch neuartige synthetische Anwendungen entwickeln. Der Zeitgewinn und die einfache Bedienung der neuen Konsolen erleichtern die Forschungsarbeiten der Doktoranden und erlauben, ehrgeizige Projekte zu untersuchen, wie z.B. Cycloadditionen mit Organozinkpivalaten oder die direkte und schnelle Bestimmung von Enantiomerenüberschüssen, ein Arbeitsgebiet der Gruppe Trapp. Die Verfügbarkeit neuer NMR Konsolen hat auch in der Arbeitsgruppe Carell ermöglicht, die Synthesechemie deutlich zu verstärken und die Wartezeiten auf NMR Spektren als Hauptcharakterisierungstool stark zu reduzieren. Es konnten auf dieser Grundlage zwei neue Projekte begonnen werden, die viel Synthesechemie benötigten. Zum einen wurden isotopen- und fluor-markierte Nukleoside hergestellt und damit ganz neue Einblicke in die Reprogrammierungschemie von Stammzellen erhalten. So wurde nachgewiesen, dass die aktive Demethylierung von Genen über die Deformylierung bzw. Decarboxylierung von 5-Formyl-dC und 5-CarboxydC läuft. In einem zweiten neuen Projekt, das in Science publiziert wurde, wurden präbiotisch relevante Nukleoside hergestellt. Mit diesen Substanzen wurde ein völlig neuer möglicherweise präbiotisch relevanter Weg zu Purin-Nukleosiden gefunden. In der Gruppe Langhals hat das neue Equipment eine erhebliche Rolle gespielt, um die sichere Identifikation multichromophorer Systeme zu gewährleisten. In der Gruppe Mayr/Ofial, die sich mit der Quantifizierung Polarer Organischer Reaktivität befasst, war die NMR-Spektroskopie die wichtigste Methode zur Strukturaufklärung der Reaktionsprodukte. Die verbesserte NMR-Ausstattung ermöglichte auch die Bestimmung der Gleichgewichtskonstanten der Reaktionen von Elektrophilen mit Nucleophilen. Auch der Reaktionsverlauf Lewis Basen-katalysierter Reaktionen von Alkoholen mit ausgewählten Elektrophilen in der Gruppe Zipse konnte mit den neu angeschafften Geräten zum ersten Mal hochgenau quantitativ analysiert werden. Dabei hat das Projekt sehr von verbesserter Auflösung durch Einbeziehung höherfeldige Geräte profitiert, da erst hierdurch die Quantifizierung sehr geringer Konzentrationen von Reaktions-Zwischenstufen möglich wurde. In der Gruppe Trauner wurden die Geräte überaus erfolgreich zur Strukturaufklärung komplexer Naturstoffe genutzt, außerdem zur Charakterisierung von Intermediaten in mehrstufigen Naturstoffsynthesen sowie der Charakterisierung von Photoschaltern zur optischen Kontrolle zellulärer Prozesse. All diese Vorhaben sind höchst NMR-abhängig und setzen den reibungsfreien Zugang zu sensitiven und flexibel nutzbaren Spektrometern voraus. In der Gruppe Hoffmann-Röder werden die neuen Geräte nun standardmäßig für die vollständige Charakterisierung von Zwischenstufen und Zielmolekülen verwendet. Mit Hilfe des 400er NMRs gelang eine Unterscheidung von α- und β-Rhamnosiden bei der Synthese rhamnosylierter Glycopeptide (1H-13C gekoppeltes HSQC). Außerdem wurde das 400er NMR im Zuge von 1H-13C gekoppelten HSQC-Messungen für die Unterscheidung von α- und β-Verknüpfungen von verschiedenen Oligo-sacchariden sowie zur Evaluierung fluorierter Verbindungen verwendet. Die Arbeitsgruppe von Prof. Bracher hat die Geräte erfolgreich für Entwicklung und Optimierung niedermolekularer Wirkstoffkandidaten im Bereich der medizinischen Chemie genutzt. Jede einzelne dieser Stoffklassen erfordert zum sicheren Strukturnachweis spezielle NMR-Techniken, die in ihrer Güte nur über die zuverlässigen und sensitiven Geräte zu erreichen waren. Die Arbeitsgruppe von Prof. Wagner befasst sich mit der Optimierung polymerer Nanosysteme für therapeutische Arzneistoffe, Protein- und Nukleinsäurefreisetzung sowie mit Mechanismen der Chemoresistenz von Krebs- und Tumortherapien. Zur Charakterisierung vielzähliger neuer “building blocks” und multifunktionaler peptide-ähnlicher Makromoleküle war die Anschaffung des neuen NMR Equipments essentiell. Die Arbeitsgruppe von Prof. Wanner befasst mit der medizinisch-chemischen Entwicklung von Liganden für im ZNS vorkommende Neurotransmittertransporter. Im Vordergrund stehen hierbei die Transportproteine für GABA und Serotonin. Für all diese Vorhaben wurden mittels organischer Synthesechemie zahlreiche neue Verbindungen synthetisiert, für die schnelles und störungsfreies NMR Equipment mit nutzerfreundlicher Bedienung und einem weiten methodischen Spektrum Voraussetzung war.
Publications
- An Eight-Step Synthesis of Epicolactone Reveals its Biosynthetic Origin. Nat. Chem. 7, 879–882 (2015)
Ellerbock, P.; Armanino. N.; Ilg, M. K.; Webster, R.; Trauner, D.
(See online at https://doi.org/10.1038/nchem.2336) - Nat. Commun. 2015, 6, 8406. Sunlight Powered kHz Rotation of a Hemithioindigo Based Molecular Motor
M. Guentner, M. Schildhauer, S. Thumser, P. Mayer, D. Stephenson, P. J. Mayer, H. Dube
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms9406) - Total Synthesis of the Leucosceptroid Family of Natural Products. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3807–3810
C. L. Hugelshofer, T. Magauer
(See online at https://doi.org/10.1021/jacs.5b02021) - A Bioinspired Cyclization Sequence Enables the Asymmetric Total Synthesis of Dictyoxetane; J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6420–6423
C. L. Hugelshofer, T. Magauer
(See online at https://doi.org/10.1021/jacs.6b03720) - A high-yielding, strictly regioselective prebiotic purine nucleoside formation pathway; Science, 2016, 352 (6287), 833-836
S. Becker, I. Thoma, A. Deutsch, T. Gehrke, P. Mayer, H. Zipse, T. Carell
(See online at https://doi.org/10.1126/science.aad2808) - Ambident Reactivity of Acetyl- and Formyl-Stabilized Phosphonium Ylides. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11272–11281
P. A. Byrne, K. Karaghiosoff, H. Mayr
(See online at https://doi.org/10.1021/jacs.6b06264) - Nucleophilicity Parameters of Stabilized Iodonium Ylides for Characterizing their Synthetic Potential. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10304–10313
S. Chelli, K. Troshin, P. Mayer, S. Lakhdar, A. R. Ofial, H. Mayr
(See online at https://doi.org/10.1021/jacs.6b05768) - „A host genome-wide loss-of-function screen identifies effective chikungunya antiviral drugs”, Nature Commun. 2016, 7, 11320
A. Karlas, S. Berre, T. Couderc, M. Varjak, P. Braun, M. Meyer, N. Gangneux, L. Karo-Astover, F. Weege, M. Raftery, G. Schönrich, U. Klemm, A. Wurzlbauer, F. Bracher, A. Merits, T. Meyer
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms11320) - Preparation of Solid Polyfunctional Alkynylzinc Pivalates with Enhanced Air and Moisture Stability for Organic Synthesis; Angew. Chem., Int. Ed. 2017
Chen, Y.-H.; Tuellmann, C. P.; Ellwart, M.; Knochel, P.
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201704400) - Quantitative LC–MS Provides No Evidence for m6dA or m4dC in the Genome of Mouse Embryonic Stem Cells and Tissues. Angew. Chem. Int. Ed. 2017
S. Schiffers, C. Ebert, R. Rahimoff, O. Kosmatchev, J. Steinbacher, A.-V. Bohne, F. Spada, S. Michalakis, M. Müller, T. Carell
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201700424)
