Hochauflösendes Massenspektrometer mit vorgeschalteter UHPLC
Final Report Abstract
Das hochauflösende Massenspektrometer wurde überwiegend für Servicemessungen der Zentralen Analytik der Fachgruppe Chemie verwendet. Hauptnutzer waren die molekularchemisch arbeitenden Forschergruppen der Chemie, vor allem die vier organisch-chemischen Gruppen (Breuning, Hahn, Schobert, Unverzagt) deren thematischer Schwerpunkt auf der (Bio-)Synthese bioaktiver Verbindungen, Naturstoffe und stereoselektiver Katalysatoren liegt. Es diente dabei zur Strukturaufklärung, Charakterisierung und Identitätsfeststellung neuer Substanzen, zur Analytik von Stoffgemischen aus synthetischen und natürlichen Quellen, zur Prüfung der Stabilität organischer und metallorganischer Wirk- und Naturstoffe, und zur Aufklärung von Reaktions- und Wirkmechanismen. Die AG Breuning entwickelte effiziente Katalysatoren für enantioselektive Henry-Reaktionen. Als chirale Liganden dienten rigide Diamine auf Basis von Bispidinen und Prolinen. Mit einem 5-cis-substituierten Prolinamin wurden >98.5% ee mit über 35 Aldehyden erreicht. Verwandte Diamine wurden erfolgreich in Cu-katalysierten, oxidativen Biarylkupplungen von 2-Naphtholen (bis zu 87% ee) eingesetzt. Auf dem Gebiet der Naturstoffsynthese wurde ein modularer, 'Inside-out'-Zugang zu Bischinolizidin-Alkaloiden entwickelt. Durch sukzessive Anellierung von 2- Pyridon und exo- oder endo-ständigen Piperidin(on)en an den enantiomerenreinen Bispidinkern konnten über 20 Vertreter stereoselektiv dargestellt werden. Die HRMS-Analyse diente jeweils zur Identifizierung von Intermediaten und Produkten. Die AG Hahn nutzte das Gerät seit Mitte 2016 für die Analyse von Intermediaten von Naturstoff-Totalsynthesen und Produkten enzymatischer assays, wobei es entscheidend zur exakten Auswertung dieser Arbeiten beitrug. Konkret wurde das Gerät genutzt, um synthetische Vorläuferderivate der Schlüsselenzyme AmbF, AmbG und AmbDH3 aus der Ambruticin-Biosynthese zu charakterisieren sowie teilweise deren Umsetzungen mit den entsprechenden heterolog hergestellten Enzymkomponenten zu untersuchen. Bei Enzymtestungen im Kleinstmaßstab war die HRMS-Analyse von entscheidender Bedeutung. Das Gerät wurde auch genutzt, um Syntheseintermediate auf dem Weg zu komplexen Derivaten der Jerangolide, und die Zielverbindungen selbst zu charakterisieren. In aktuellen enzymatischen Umsetzungen dieser komplexen Derivate im Kleinstmaßstab kommt der HRMS-Analyse wiederum eine Schlüsselrolle zu. Die AG Schobert betrieb Totalsynthese und Strukturaufklärung natürlicher 3-Acyltetramsäuren und Macrolide. In einigen Fällen konnten falsch publizierte Strukturen solcher Naturstoffe revidiert werden (z.B. für Methiosetin und Spiroscytalin) durch Vergleich von NMR und HRMS- Daten der synthetischen und der isolierten Verbindungen. Außerdem wurden Untersuchungen zur Struktur, Stabilität und Metabolisierung von pharmakologisch aktiven Metallkomplexen (Pt, Ru, Au) durchgeführt, wobei die HRMS als sensible Nachweismethode für Zerfallsprozesse und Wirkstoff–Target-Wechselwirkungen diente. Die AG Unverzagt verwendete das UPLC-ESI-HRMS System zur Bestimmung der Feinmasse unterschiedlicher Verbindungen, von Monosacchariden bis hin zu Oligosacchariden in geschützter und freier Form. Weiterhin wurden Peptide, Glycopeptide, Proteine und Glycoproteine untersucht und über UPLC-ESI-HRMS deren Reinheit bestimmt. Neben organischen Solvensgemischen wurde auch native MS für Proteine und Glycoproteine in flüchtigen Puffern eingesetzt. Die hohe Empfindlichkeit des ESI-HRMS-Systems erlaubte auch bei sehr geringen Umsätzen verlässliche Reaktionskontrollen durchzuführen. Dadurch konnten komplexe Reaktionen wesentlich besser verfolgt und optimiert werden. Nebenprodukte ließen sich meist eindeutig nachweisen, was mit ESI-MS ohne Hochauflösung oft nicht der Fall ist. Durch Nanospraydirekteinlass von glycosyliertem Interleukin-6 und anderen synthetischen Glycoproteinen konnte die Oxidation von Thiolgruppen zu Disulfiden und die native Faltung der Proteine über die symmetrische Verteilung der verschiedenen Ladungszustände gezeigt werden.
Publications
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