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Abstract

Für das im letzten Kapitel der Einleitung dargelegte Konzept einer „Gerichteten Evolution von Übergangsmetallkatalysatoren“ sollten im Rahmen dieser Arbeit erste grundlegende Fragestellungen zur Darstellung von Hybridkatalysatoren untersucht werden. Dabei sollten synthetische Ligandensysteme bzw. die korrespondierenden Übergangsmetallkatalysatoren kovalent mit einem Protein verknüpft werden. Hierfür erschien es naheliegend, die von KAISER erfolgreich eingesetzte Strategie der Umsetzung einer Thiolfunktionalität von Cysteinen zu verwenden.
Daher sollten zunächst bifunktionelle Verbindungen synthetisiert werden, die einerseits chemoselektiv mit Cystein umgesetzt werden können, und anderseits als Liganden für Übergangsmetalle fungieren.
Die Eigenschaften der so erhaltenen Verbindungen sollten dann in geeigneten Testreaktionen untersucht werden. Um den Einfluss der Proteinssphäre nach dem Einbau des synthetischen Liganden zu variieren, könnte der Abstand zwischen den funktionellen Gruppen ebenfalls verändert werden. Weiterhin sollten die Ligandensysteme auch vor der Modifikation eines Proteins in Übergangsmetallkomplexe überführt werden, die jedoch weiterhin eine Funktionalität zur Addition des Protein aufweisen.
Nach erfolgreicher Synthese sollte das katalytische Profil der erhaltenen Verbindungen bezüglich literaturbekannter Transformationen untersucht werden.
In einem zweiten Teil des Projektes sollte ein für die Darstellung von Hybridkatalysatoren geeignetes Protein identifiziert und mit den erhaltenen Verbindungen regioselektiv modifiziert werden. Eine weitere Voraussetzung ist dabei, dass für eine spätere Weiterführung des Konzeptes im Sinne einer Gerichteten Evolution der Hybridkatalysatoren (vgl. Kap. 1.5) ein geeignetes Expressionssystem für das Protein verfügbar sein sollte. Auch für die Hybridkatalysatoren müssten anschließend die katalytischen Eigenschaften anhand ausgewählter Modellreaktionen untersucht werden.
Grundvoraussetzung für eine Umsetzung des Konzeptes ist die regioselektive Verknüpfung des Proteins mit nur einem der synthetisch dargestellten Moleküle, da nur so eine einheitliche Katalyse mit den erhaltenen Konstrukten erwartet werden kann. Um dies sicherzustellen sollte ein Schwerpunkt dieser Arbeit auch die Analytik der erhaltenen Hybridkatalysatoren sein.
Insgesamt fokussiert die Aufgabenstellung im Wesentlichen auf den - für die Gerichtete Evolution von Enzymen neuen - Teilschritt der Modifikation eines Proteins mit einem synthetischen Übergangsmetallkomplex. Um eine spätere Implementierung dieses Teilschrittes in das Gesamtkonzept gewährleisten zu können, sollten jedoch weiterhin alle Untersuchungen hinsichtlich einer möglichen Parallelisierung bzw. Miniaturisierung evaluiert werden. Der Anspruch an den Durchsatz kann dabei aber niedriger angelegt werden als das zum Beispiel bei klassischen Projekten zur Gerichteten Evolution von Enzymeigenschaften der Fall ist, da aufgrund dieses fundamental neuen Prinzips für die Katalyseforschung zunächst ein „proof of principle“ angestrebt wird.