Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4117
Drochner, Daniel
Untersuchungen zur Biosynthese von Biarylnaturstoffen in dem Filamentösen Pilz Penicillium citreo-viride
V, 196 S., 2004

Biarylverbindungen stellen in der organischen Chemie wegen ihrer vielfältigen Eigenschaften als pharmakologisch aktive Naturstoffe oder chirale Reagentien sehr interessante Syntheseziele dar. Die Vergabe des Chemie-Nobelpreises im Jahre 2001 an Ryoji Noyori hat die besondere Bedeutung dieser Verbindungsklasse nochmals verdeutlicht.
Die chemische Synthese von natürlich vorkommenden Biarylverbindungen ist häufig sehr aufwendig. Im Vergleich dazu verläuft die Biosynthese dieser Naturstoffe in biologischen Systemen in einem Schritt und beinhaltet radikalische Zwischenstufen. Diese sogenannte oxidative Phenolkupplung wird von den jeweiligen Organismen so dirigiert, daß Biarylverbindungen mit einer charakteristischen Regio- und Stereochemie entstehen.
Zur Untersuchung dieses Biosyntheseschrittes wurde ein interdisziplinärer Ansatz an der Schnittstelle zwischen organischer Chemie und Mikrobiologie gewählt. Als Modellorganismus wurde der filamentöse Pilz Penicillium citreo-viride ausgewählt und für diesen ein Protokoll zur reproduzierbaren Kultivierung erarbeitet. Dadurch wurde die Isolierung von Naturstoffen, der Aufbau eines Analytik-Assays und die Durchführung von Biosyntheseuntersuchungen. Es konnte gezeigt werden, daß die monomere Vorläufersubstanz semi-Vioxanthin während der Kultivierung vollständig metabolisiert wird und sich nur noch Biarylnaturstoffe in dem Mycel des Pilzes finden.
Die chemischen Arbeiten befassten sich mit der stereoselektiven Synthese von Naturstoffen, wie dem semi-Vioxanthin und Vioxanthin. Dabei konnten verschiedene Strategien zur Synthese von Biarylverbindungen erarbeitet werden. Darunter eine neuartige unselektive oxidative Phenolkupplung von Orsellinsäureestern mit Eisen(III)chlorid, die alle drei möglichen regioisomeren Kupplungsprodukte in Gesamtausbeuten von 70 % liefert. Zur Vorbereitung weiterer molekularbiologischer Arbeiten wurde ein innovatives Verfahren zum Screening von Lipasen entwickelt, welches auf der chiroptischen Methode des Circulardichroismus basiert.


Biaryl compounds are very interesting synthetic targets in organic chemistry because of their multifaceted properties as pharmacologically active natural products or chiral reagents. The awarding of the Nobel Prize to Ryoji Noyori in 2001 has highlighted the impact of this class of compounds.
Often, the chemical synthesis of naturally occurring biaryl compounds is very complex. In nature, these natural products are biosynthesized in one single step, which involves radical intermediates. The biaryl compounds produced by this oxidative phenolic coupling exhibit a regio- and stereochemistry characteristic for their individual biological origin.
To investigate the biosynthesis an interdisciplinary approach between organic chemistry and microbiology was chosen. At first, a protocol for the reproducible cultivation of the model organism Penicillium citreo-viride was elaborated which enabled the isolation of secondary metabolites, the development of an analytical assay and the performance of feeding experiments. It could be shown that the monomeric precursor semi-Vioxanthin is metabolized completely during fermentation and only biaryl natural products are present in the mycelium of the fungus.
The chemical work dealt with the total synthesis the natural products semi-Vioxanthin and Vioxanthin. Thereby, several strategies for the synthesis of biaryl compounds were developed. A novel unselective oxidative phenolic coupling of orsellinates with ferric chloride was established which furnished all three possible regioisomeric coupling products in overall yields of 70 %. In preparation for further molecular biological work an innovative screening for lipases was developed which bases on the chiroptical method of circular dichroism.

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Letzte Änderung: 07.06.2022