Liganden-Design für chemische Hydrolasen

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Die Entwicklung von enzymanalog arbeitenden Katalysatoren stellt eine der größten Herausforderungen für die Chemie des nächsten Jahrhunderts dar. Die noch lange unerreichte Effektivität der natürlichen Systeme ist durch die im Protein vororganisierte Anordnung ausgewählter Funktionen, sogenannter Co-substrate, oft auch die Präsenz mehrerer Metallatome im aktiven Zentrum bedingt. Ein grundsätzlich neues Ziel des vorliegenden Projektes besteht in der experimentellen Klärung, welche Anforderungen diese Vororganisation stellt. Für die Entwicklung synthetischer Enzymanaloga ist es von zentraler, auch ökonomischer Bedeutung zu wissen, wieweit die notwendigen Funktionen wie Carboxyl-, Hydroxy-, Imidazol-Gruppen, Metallbindungszentren etc. für eine effektive Wirkung räumlich vorfixiert müssen. Dies soll mit geeigneten Modellen untersucht werden, aufbauend auf einfachen Metallkomplexen welche teilweise bereits von anderen, kooperierenden Arbeitsgruppen hergestellt und charakterisiert wurden. Eigene Vorarbeiten haben bereits gezeigt, daß die mit einer höheren Flexibilität der Ligandenorganisation verbundenen Nachteile bei der Komplexbildung bisher stark überschätzt wurden. Daher scheint es möglich, nicht nur supramolekulare Rezeptoren, sondern auch entsprechende Katalysatoren zu entwickeln, welche die notwendigen Funktionen durch einfache Verknüpfungen, z. B. mit Methylenketten erhalten. Diese Strategie würde es erlauben, enzymamaloge, jedoch strukturell protein-unähnliche Katalysatoren zu entwickeln, welche wesentlich einfacher zu synthetisieren sind, und durch eine - begrenzte - Flexibilität weniger limitiert in der Anwendungsbreite sind, bzw. leichter an die jeweilige Aufgabe bzw. an das jeweilige Substrat anzupassen wären. Neben diesen prinzipiellen Zielen können die Untersuchungen auch wesentlich zum Verständnis der enzym-analogen Katalyse beitragen. Dazu müssen Struktur und Dynamik der supramolekularen Komplexe analysiert werden, weitgehend unter Anwendung NMR-spektroskopischer Methoden.