Chemische Photokatalyse mit Oligonucleotiden und kurzen Peptiden

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Achim Wagenknecht
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255037740

Eine der größten Herausforderungen an die Chemie ist die verstärkte Nutzung von Licht als nachhaltige Energiequelle für chemische Reaktionen. Klassische Photosensibilisierung und moderne Photoredoxkatalyse werden heutzutage unter dem Dach der "chemischen Photokatalyse" studiert. In der ersten Förderperiode dieses Projektes wurde vorgeschlagen, Oligonucleotide und Oligopeptide für die chemische Photokatalyse zu entwickeln. Auf Basis der publizierten Ergebnisse aus der ersten Förderperiode sollen sowohl die photokatalytisch aktive DNA (Projektteil A) als auch die photokatalytischen nucleophilen Additionen und Oligopeptide (Projektteil B) im Hinblick auf die folgenden Hauptziele weiterentwickelt werden:Projektteil A. Der Triplettenergietransfer durch DNA stellt den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt dar, wenn die Energie kinetisch abgefangen und durch die Ausbeute an T-T-Dimere, die während der Bestrahlung entstehen, analysiert wird. Die exponentielle Distanzabhängigkeit, die in der ersten Förderperiode bestimmt wurde, passt gut zu einem Dexter-Triplett-Energietransfer, aber ist zu niedrig für einen kohärenten, einstufigen Prozess. Deswegen schlagen wir einen schrittweisen Triplett-Energie-"Hüpfprozess" über lange Distanzen (über mehr als 3-4 Basenpaare) vor, der aus mehreren Dexter-Schritten von Basenpaar zu Basenpaar besteht, was durch die Theorie bereits unterstützt wird. Mit unserem Ansatz aus Benzophenonen und Xanthonen als C-Nucleoside in DNA sind wir das erste Mal in der Lage, diese DNA-schädigenden Energietransferpfade im Detail zu studieren. Das umfasssende Verständnis der Mechanismen des Triplett-Energietransfers durch die DNA ist ein wichtiges Ziel nicht nur für die photoinduzierten DNA-Schäden sondern auch für die synthetischen PhotoDNAzyme, die in der ersten Förderperiode des Projektes identifiziert wurden. Projektteil B. Für die photoredoxkatalytischen nucleophilen Additionen an Styrolderivate konnten wir zeigen, dass die Regioselektivität durch die Art des photoinduzierten Ladungstransfers, der durch den photoangeregten Katalysator eingeleitet wird, kontrolliert wird. Die Photoreduktion von Styrolderivaten ergibt Markokovnikov-Produkte, wohingegen die Photooxidation Anti-Markovnikov-Produkte ergibt. Das zentrale Ziel dieses Projektes in der zweiten Förderperiode ist die Ausweitung dieser photoredoxkatalytischen Reaktivität. Das Substratspektrum soll auf Styrolderivate und weiter auf nicht-aromatische und alkylierte Olefine verbreitert werden. Das erfordert höhere Redoxpotentiale im angeregten Zustand der Katalysatoren, welche durch besonders elektronenreiche N-Phenylphenothiazine und besonders elektronenarme Naphthalinbisimide erreicht werden. Zwei-Photonen-Strategien werden die angeregten Redoxpotentiale noch weiter verschieben. Prolininduzierte Enamine aus Aldehyden sollen als C-Nucleophile für die nucleophile Addition eingesetzt werden und Stereoselektivität soll durch prolinbasierte kurze Peptide erzielt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen