title: Synthetic studies toward molecules for protein NMR
Creators: name: Kiesenhofer, Gabriel
Publisher: name: :none
Year: 2020

description: Proteine und Peptide stellen ein zentrales Element des menschlichen wie auch jedes anderen Organismus dar. Ihre Aufgaben umfassen das Aufrechterhalten von Strukturen, die Funktion als Signalmoleküle wie auch als Enzyme die Verstoffwechslung von z.B. potentiell schädlichen Stoffen. Um ihre Funktion zu erfüllen, müssen Proteine eine bestimmte dreidimensionale Struktur aufweisen, die Sekundärstruktur. Fehler im Faltungsvorgang führen zu Sekundärstrukturen, die keine Funktion erfüllen oder aber im schlimmsten Fall Krankheiten verursachen. Um die Sekundärstruktur eines Proteins zu bestimmen, stehen im Wesentlichen zwei Methoden zur Verfügung. Als klassische Methode kann die Röntgenstrukturanalyse bezeichnet werden, während NMR Spektroskopie als neuere Technik gilt. Die Röntgenstrukturanalyse erlaubt die Untersuchung von Proteinen beliebiger Größe mit großer Genauigkeit und wenig Zeitaufwand unter der Bedingung, dass Kristalle gebildet werden können. NMR Spektroskopie dagegen ermöglicht auch die Analyse von Proteinen in Lösung, jedoch um den Preis, dass mit zunehmender Größe des Proteins die Qualität der Spektren sinkt und Überlappungen die Auswertung erschweren. Um diesen Einschränkungen zu begegnen, werden Isotopenmarkierungen eingeführt, die Signale entfernen oder verstärken können, oder, im Fall von mehrdimensionalen Experimenten, die Zuordnung um vieles erleichtern. Es bedarf neuer synthetischer Methoden, um gezielt markierte Aminosäuren bzw. deren Vorstufen herstellen zu können. Teil dieser Arbeit war die Untersuchung verschiedener Syntheserouten von Prolin, einer Aminosäure, die stark mit Konformationsänderungen in Proteinen in Verbindung gebracht wird. Fluor NMR Spektroskopie stellt eine weitere Möglichkeit dar, Proteinstrukturen zu untersuchen. Kurze Relaxationszeiten schränken ihren Einsatz als eigenständiges Experiment ein, jedoch ergibt die Kombination mit anderen Kernen große Vorteile. In zweidimensionalen TROSY Experimenten liegt die Signalbreite der Kohlenstoffe bei 19F– 13C Paaren unter denjenigen bei 1H– 13C Einheiten. Auch liegen die Aufnahmezeiten von HSQC Spektren eines 19F– 15N markierten Proteinrückgrates weit unter denen von unmarkierten 1H– 15N Strängen. Die Einführung von Fluor in organische Moleküle ist anders als bei anderen Halogenen vergleichsweise schwierig. Umso mehr bei kostspielig isotopenmarkierten Verbindungen, wo auch unter einem wirtschaftlichen Gesichtspunkt hohe Ausbeuten erwünscht sind. Neben weniger oft angewandten Methoden wie flourierte Veresterungen/ Ether oder Radikalreaktionen, können nucleophile und electrophile Substitutionsreaktionen eingesetzt werden. Viele verschiedene Ansätze, die von den unterschiedlichsten Startfunktionalitäten ausgehen, wurden publiziert, Regioselektivität, geringe Ausbeuten oder der Einsatz von funktionellen Gruppen, die in natürlichen Proteinen nicht vorkommen, verhinderten den effizienten Einsatz dieser Methoden. PhenoFluor und PhenoFluorMix hingegen bedienen sich phenolischer Funktionalitäten und überführen diese ungeachtet anderer funktioneller Gruppen in die entsprechenden organischen Fluoride. Obwohl Fluor einen ähnlichen van der Waals Radius besitzt, wie Wasserstoff, sind die elektronischen Unterschiede beträchtlich. Es ist daher zu erwarten, dass eine Substitution mit Fluor eine Änderung der Proteineigenschaften mit sich bringt. Ziel dieser Arbeit war die Synthese der erwähnten Fluorierungsreagenzien und ihr Einsatz auf verschiedene Phenolderivate.