Koordinationschemie reaktiver Kohlenhydrate
Final Report Abstract
Reaktive, konfigurationslabile Kohlenhydrate (Aldosen und Ketosen/„Glycosen“, Glycosamine, Glycodialdosen, Glycosephosphate und Glycuronsäuren existieren in wässriger Lösung im dynamischen Gleichgewicht ihrer unterschiedlichen Konfigurationen (Furanosen, Pyranosen, α/β-Anomere). Sie erweisen sich damit als potentielle ambidente Chelatliganden, die verschiedene Ligatoratommuster einem Zentralatom in Form einer Ligandenbibliothek zur Verfügung stellen. Das Ziel des Projektes, die Koordinationsmöglichkeiten reaktiver Kohlenhydratspezies zu ermitteln und damit die dynamische Ligandenbibliothek zu identifizieren, ist in zahlreichen Fällen gelungen. Unter Verwendung diamagnetischer Metall- Hilfsligand-Fragmente wurden zahlreiche Metallbindungsstellen von Glycose-Isomeren mittels NMR-spektroskopischer Methoden abgefragt und in vielen Fällen durch Bestimmung der Molekülstrukturen in Röntgenkristallstrukturanalysen bestätigt. Dabei wurden neuartige Bindungsmuster bezüglich der Art der Chelatisierung gefunden, indem cyclische und offenkettige Bis-chelate charakterisiert wurden. Am Beispiel bedeutender Aldosen konnte die Ligandenbibliothek identifiziert werden, indem mögliche Chelatiserungsmöglichkeiten durch Komplexbildung mit Palladium(II)-Fragmenten nachgewiesen wurden [1]. Untersuchungen zum Metall-Bindungsverhalten von Glycosephosphaten gegenüber den Metall-Ligand- Fragmenten PdII(en) bzw. MIII(tacn) (en = 1.2-Diaminoethan, tacn = 1,4,7-Triazacyclononan; M = Al, Ga) wurden ausgeführt. Unter Verwendung eines Überschusses an PdII wird DFructose- 6-phosphat zweifach in einem einzigartigen κ2O1,3:κ2O2,4-Koordinationsmuster gebunden. Als bedeutendstes Ergebnis wurde für PdII- und MIII-Spezies eine gemischte Glycosekern-Phosphat-Chelatisierung mit dem Liganden D-Fructose-1,6-bisphosphat nachgewiesen. Zudem wurden Regeln erarbeitet, wie durch eine pH-Wert-Änderung sowohl die auschließliche Glycosekern- als auch die ausschließliche Phosphat-Bindung zum Metall gesteuert werden kann. Diese Ergebnisse wurden im Zusammenhang mit dem D-Fructose-1,6- bisphosphat-Metabolismus der Klasse-II-Aldolasen diskutiert [2]. Die Ausdehnung der Untersuchungen auf das Koordinationsverhalten ubiquitärer Biomoleküle wie der 2-Amino-2- deoxyhexosen und bedeutender N-Acetylderivate gegenüber dem Zentralatom PdII ergab das bemerkenswerte Ergebnis, dass verbrückende N-Acetylamidoliganden durch Deprotonierung in wässriger Lösung gebildet werden. Die unerwartetete Chelatisierung von deprotonierten NAcetylglycosaminen folgt Regeln bezüglich des sterischen Anspruchs der Acetylfunktion [3]. Ein methodischer Fortschritt im Hinblick auf die NMR-spektroskopischen Untersuchungen wurde erreicht, indem Methylaldopentopyranoside in die Untersuchungen einbezogen wurden. Dabei konnten konformationelle Fluktuationsprozesse in den PdII-Komplexen nachgewiesen werden. Hier waren Ergebnisse von Strukturanalysen von hohem Wert, da die NMR-Parameter im Vergleich zu gut bekannten Strukturen auf unsystematische Verschiebungswerte (CIS) hindeuteten. Somit konnte gezeigt werden, dass nicht die Koordination an ein Zentralatom allein diese Werte beeinflusst, sondern dass auch konformationelle Effekte zu berücksichtigen sind [4]. Zuckeralkohole binden in neutraler wässriger Lösung nahe des physiologischen pH-Werts unter Ausbildung mehrkerniger PdIIKomplexe. Bedeutend dabei war die Erkenntnis, dass strenge stereochemische Kriterien in Polyolen erfüllt sein sollten, um in Konkurrenz zu verbrückenden Hydroxidoliganden unter Ausnutzung des Chelateffektes als Ligand fungieren zu können [5]. Diese wichtigen Ergebnisse sollen die Grundlage für weitere Untersuchungen an Glycosen bilden.
Publications
- Bidentate palladium(II) chelation by the common aldoses. Carbohydr. Res. 2009, 344, 1213−1224
Y. Arendt, O. Labisch, P. Klüfers
- The metal-binding sites of glycose phosphates. Dalton Trans. 2009, 7934−7945
K. Gilg, T. Mayer, N. Ghaschghaie, P. Klüfers
- Conformational fluctuation in palladium(II)-methyl aldopentopyranoside complexes. Carbohydr. Res. 2010, 345, 2381−2389
T. Allscher, Y. Arendt, P. Klüfers
- Metal chelation by the common 2-amino-2-deoxy-, 2- N-acetylamino-2-deoxy-, and 2-deoxy-hexoses. Dalton Trans. 2010, 39, 5544−5555
T. Schwarz, D. Heß, P. Klüfers
- Carbohydrate Chelation in Neutral Aqueous Solution: the threo-Tetraolato-Pd4 Butterfly Motif. Chem. Eur. J. 2012
T. Allscher, P. Klüfers
(See online at https://doi.org/10.1002/chem.201100979)
