400 MHz FT-NMR-Spektrometer
Final Report Abstract
Generell wurde das NMR-Gerät zur eindeutigen Charakterisierung und Strukturaufklärung neuer chemischer Verbindungen genutzt, da die NMR-Spektroskopie für diese Aufgabenstellung die Methode der Wahl ist. Im Bereich der Organischen Chemie wurden dabei insbesondere die 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie eingesetzt und auch zweidimensionale Techniken wie COSY-, NOESY-, HMBC- und HMQC-Messungen durchgeführt, um eine eindeutige Aussage nicht nur zur Konstitution sondern auch zur Konfiguration, also der räumlichen, dreidimensionalen Struktur der Verbindungen treffen zu können. Im AK Prof. Schneider konnten mit Hilfe des neu angeschafften NMR-Gerätes die Arbeiten zur vinylogen Mukaiyama-Mannich-Reaktion, einer wichtigen, gerüstaufbauenden Kohlenstoff- Kohlenstoff-Verknüpfungsreaktion erfolgreich analysiert werden. Die so erhaltenen Reaktionsprodukte konnten anschließend in eine Fülle biologisch aktiver, enantiomerenreiner Stickstoff-Heterocyclen überführt und deren Konstitution und Konfiguration durch NMR- Experimente eindeutig zugeordnet werden. Auch Aza-Diels-Alder-Reaktionen, die durch chirale Brønsted Säure-Katalysatoren in Gang gesetzt und gesteuert wurden, konnten erfolgreich entwickelt und in der Synthese von Stickstoff-Heterocyclen eingesetzt worden. Im Kontext der Synthese und Nutzung von in situ-erzeugten ortho-Chinomethiden konnten eine große Bandbreite von benzoanellierten Sauerstoff- und Stickstoff-Heterocyclen enantioselektiv in hohen Ausbeuten und mit einheitlicher dreidimensionaler Struktur synthetisiert werden. Die jeweiligen Reaktionsprodukte wurden durch NMR-Spektroskopie an dem neu installierten Gerät eindeutig charakterisiert. Auch der Reaktionsmechanismus konnte durch online aufgenommene NMR-Experimente und die Detektion von Reaktionsintermediaten verlässlich nachgewiesen und damit sehr interessante mechanistische Einblicke gewonnen werden. An dieser Stelle ging der Einsatz des NMR-Spektrometers über den normalen Routineeinsatz zur Strukturbestimmung tatsächlich deutlich hinaus. Im AK Prof. Zeitler wurden mit dem neuen NMR-Gerät die Studien im Bereich der NHC-Organokatalyse, der Photokatalyse mit sichtbarem Licht sowie der sequentiellen und kooperativen Multikatalyse unterstützt und ermöglicht. Darüber hinaus wurde das Gerät auch zur Optimierung der Katalysebedingungen eingesetzt durch quantifizierende Messungen mit einem internem Standard. Auf diese Weise konnte der Reaktionsmechanismus eindeutig aufgeklärt werden, indem konkret die photokatalytische Spaltung starker Bindungen (C-O) untersucht wurde. Im Bereich der NHC-Katalyse lag der Fokus auf der Einbindung NHC-katalytischer Prozesse in sequentielle und kooperative Katalyseverfahren zur effizienten Darstellung wichtiger, heterocyclischer Synthesebausteine ausgehend von einfachen, kommerziell erhältlichen Edukten. Im AK Prof. Berg werden neue Methoden für die Modulation von Protein-Protein- Wechselwirkungen mit niedermolekularen organischen Molekülen entwickelt und validiert. In den letzten 3 Jahren wurden in diesem Kontext zahlreiche hochpotente und selektive Hemmstoffe von Protein-Protein-Wechselwirkungen synthetisiert und mit Hilfe des neuen Gerätes NMR- spektroskopisch charakterisiert. So konnten mit den Catecholbisphosphaten Stafib-1, Stafib-2 und Capstafin erstmals hochwirksame und selektive Hemmstoffe der Protein-Protein- Wechselwirkungsdomäne des Transkriptionsfaktors STAT5b entwickelt werden. Zudem konnten mehrere neue Hemmstoffe der Protein-Protein-Wechselwirkungsdomäne der Proteinkinase Plk1 entwickelt werden. Weiterhin wurde mit dem Cyclooctin Pyrroc das erste funktionalisierte Cycloalkin hergestellt, das in der ringspannungsvermittelten Cycloaddition mit Aziden keine Isomere bildet. Im AK Prof. Matysik wurde das Gerät zur Untersuchung einer synthetischen organischen Dyade, die unter Belichtung spin-korrellierte Radikalpaare formt, eingesetzt. Diese Dyade ist ein gutes Modell für das Flavin-Protein Cryptochrom, das als Photorezeptor möglicherweise einen quantenmechanischen molekularen Kompass darstellt, der Zugvögeln die Orientierung im Erdmagnetfeld ermöglicht. Weiterhin wurden Experimente zur Quantenrotor-induzierten Polarisation, dem sog. Haupt-Effekt, durchgeführt. Dazu wurden in Helium-gekühlte Proben schnell aufgetaut und mit Flüssig-NMR vermessen. Einige Moleküle zeigen dann an der Methylgruppe auffallende Polarisationsmuster im NMR-Spektrum. Dieses Phänomen basiert auf Rotor-Quantenzuständen und Spin-Quantenzuständen. Im AK Prof. Krautscheid wurden durch NMR-spektroskopische Untersuchungen poröse Koordinationspolymere, sog. Metal-Organic Frameworks („MOFs“) charakterisiert. Zudem wurden molekulare Vorstufen zu Kupfer-Indium-Chalkogenidphasen durch 31P-, 77Se- und 119Sn-NMR- Untersuchungen nachgewiesen, wie sie ebenfalls in den Festkörpern durch Kristallstrukturanalysen ermittelt werden konnten. In einem Projekt zur Synthese, Struktur und den Eigenschaften redoxaktiver ionischer Flüssigkeiten konnte NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden, dass in ionischen Flüssigkeiten basierend auf L-Prolin und redox-aktiven Ferrocenyl- Substituenten in unpolaren Lösungsmitteln (CDCl3) Kation-Anion-Ionenpaare vorliegen, während in polaren Lösungsmitteln (DMSO) die chemischen Verschiebungen unabhängig vom Gegenion sind. Im AK Prof. Kersting ist das Gerät im Wesentlichen für die Identifizierung und Strukturaufklärung von funktionalisierten Calix[4]aren-Liganden und davon abgeleiteten Komplexe genutzt worden. Im AK Prof. Giannis wurde das NMR-Gerät vornehmlich zur Strukturaufklärung von Naturstoffen sowie von Syntheseintermediaten in Naturstoffsynthesen eingesetzt. Dazu gehörten u.a. Oligosaccharide, Alkaloide, Terpenoide und Steroide.
Publications
- Brønsted Acid-Catalyzed, Conjugate Addition of β-Dicarbonyls to in situ-Generated ortho-Quinone Methides – Enantioselective Synthesis of 4-Aryl-4H- Chromenes, Angew. Chem. 2014, 126, 8057-8061; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7923-7927
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J. Appun, M. Boomhoff, P. Hoffmeyer, I. Kallweit, M. Pahl, D. Belder, C. Schneider
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