Modellkomplexe für zinkhaltige Hydrolasen mit Schwerpunkt auf der ß-Lactamase

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde im Rahmen der bioanorganischen Modellkomplexchemie die Reaktivität von Tris(pyrazolyl)borat-zink-hydroxid-Komplexen (TpZnOH) gegenüber ß-Lactamen und das Koordinationsverhalten von TpZn-ß-Aminosäurekomplexe im Hinblick auf biologisch relevante Zwischenstufen im Katalyseprozess der ß-Lactamase untersucht. <br>Die Reaktionen von TpZnOH mit ß-Aminosäuren führten zu TpZn-ß-Aminosäurekomplexen, in welchen die Aminosäure nur über die Carboxylatfunktion an das Zinkion bindet. <br>Bei der Umsetzung von TpZnOH mit ß-Propiolactamen, deren Amidfunktion eine NH-Einheit trägt, erfolgte nach NH-Deprotonierung eine Anbindung des ß-Lactamats an das Zink. Eine Ringöffnung der ß-Lactame wurde nicht beobachtet. Die hydrolytische Ringöffnung durch TpZnOH blieb auch bei Verwendung von 6-Amino-penicillansäure und 7-Amino-cephalosporansäure, zwei Grundkörpern natürlicher ß-Lactamantibiotika, aus. <br>Eine hydrolytische Ringöffnung trat beim Einsatz monozyklischer ß-Propiolactame ein, welche durch elektronenziehende Gruppen am Stickstoffatom der Amidgruppe aktiviert sind. Im aprotischen Medium wurden so die entsprechenden TpZnCarboxylatkomplexe erhalten. Als aktivierende Substituenten wurden 4-Nitrophenyl-, 2,1-Dinitrophenyl- und Acylgruppen eingesetzt. Die kinetischen Untersuchungen der hydrolytischen Spaltung von N-(2,4-Dinitrophenyl)-4-phenyl-ß-propiolactam durch TpZnOH ergaben Hinweise auf einen bimolekularen Reaktionsmechanismus. <br>In ß-Lactamen, die durch N-Acetyl-, N-Pivaloyl- und N-Benzoylgruppen akiviert sind, wurde durch TpZnOH die endozyklische Amidbindung unter Ausbildung der entsprechenden TpZn-Carboxylatkomplexe gespalten. Dahingegen wurde bei der Umsetzung von TpZnOH mit einem N-Trifluoracetyl-substituiertem ß-Propiolactam die exozyklische Amidbindung unter Bildung von TpZntrifluoracetat und dem ß-Propiolactam hydrolysiert. <br>Wurden die über die Nitrophenyl-Gruppen aktivierten ß-Lactame in alkoholischem Milieu mit TpZnOH umgesetzt, entstanden die korrespondierenden Ester, jedoch keine TpZn-Carboxylat-Komplexe. Dieses Ergebnis wurde in analoger Weise auch bei Verwendung von ß-Butyrolacton in methanolischem Milieu erhalten. Diese Befunde werden auf das Vorhandensein des im Gleichgewicht mit TpZnOH und einem Alkohol R-OH existierenden TpZn-OR zurückgeführt. Der Alkoxid-Komplex fungiert bei dieser Reaktion als Katalysator, und in Lösung vorhandene Alkoholmoleküle dienen als Protonenquelle, um den Prozess der Ringöffnung zu unterstützen. <br>Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde sich mit der Synthese neuer N3O-Liganden, mit Bis(2-picolyl)(2-hydroxy-3,5-di-tert-butyl)amin als Grundgerüst beschäftigt. <br>Die Chelatliganden besetzen nur vier Koordinationsstellen am Zink. Damit stehen weitere Koordinationsstellen für die Anbindung möglicher Koliganden zur Verfügung. Die hergestellten Liganden tragen in alpha-Stellung zum Stickstoffatom der Pyridinringe Methyl- bzw. Phenylgruppen. Dadurch wurde für die Koliganden, die über die noch freien Koordinationsstellen an das Zink binden, ähnlich wie in Enzymen, eine hydrophobe Koordinationsumgebung geschaffen. Ein wichtiger Koligand ist das Wassermolekül, da die Aquakomplexe in den aktiven Zentren zinkhaltiger Enzyme den Ausgangspunkt enzymatischer Hydrolysen darstellen. Es konnten zwei neue Zink-aquakomplexe hergestellt und durch Ligandenaustauschreaktionen ausgehend vom Aquakomplex weitere Zinkkomplexe erhalten werden. Die durch Deprotonierung der Aquakomplexe in situ dargestellten Hydroxokomplexe zeigen eine hydrolytische Aktivität gegenüber Tris(4-Nitrophenyl)phosphat. Die kinetischen Untersuchungen deuten auf einen bimolekularen Reaktionsmechanismus der Hydrolyse hin. <br>Bei zu großem sterischen Anspruch der Substituenten an den Pyridinringen bleibt beim Versuch den Aquakomplex zu erhalten, die Koordinationsstelle für das Wassermolekül unbesetzt. Jedoch wurden Zink-Komplexe mit stärkeren Donoren als Wasser, z. B. Pyridinderivate und Halogenidionen, erhalten.

Author dc:creator

• Groß, Florian

Contributors dc:contributor

• Vahrenkamp, Heinrich

• Zink-Komplexe
• Modellkomplexe
• ß-Lactam
• zinc complexes
• model complex
• ß-Lactamase
• Hydrolyses

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