Wiss. Kontakte und Kooperationen: FAU Erlangen-Nürnberg Institut für Organische Chemie

Beta-Aminosäuren sind aufgrund ihrer biologischen Eigenschaften wichtige Bausteine für die Synthese pharmazeutisch wirksamer Substanzen. Strukturell sind beta-Aminosäuren den natürlichen, proteinogenen alpha-Aminosäuren ähnlich. Aufgrund der sogenannten beta-Funktionalität werden sie jedoch von körpereigenen Enzymen, den Peptidasen, nur langsam abgebaut. Ebendiese verlängerte Halbwertszeit im Organismus versuchen sich die Entwickler von pharmazeutischen Wirkstoffen zunutze zu machen. Insbesondere chirale beta-Aminosäuren sind dabei als Vorstufen für die Synthese von beta-Lactamen, beta-Peptiden und anderen Wirkstoffen von Interesse.

Limitierungen bei der Synthese chiraler beta-Aminosäuren resultieren jedoch häufig aus der Notwendigkeit aufwendiger, mehrstufiger Syntheserouten sowie der Verwendung toxischer Katalysatoren und Chemikalien. Ziel des Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung eines Reaktorkonzeptes für die chemo-enzymatische Synthese von chiralen beta-Aminosäuren mit kurzkettigen, aliphatischen Substituenten in 3-Position. Dazu soll in einer zwei-stufigen Synthese zunächst durch eine Michael Addition der racemische beta-Aminosäureester synthetisiert und anschließend enzymatisch durch kinetische Racematspaltung mittels Hydrolasen der enantiomerenreine beta-Aminosäureerster gewonnen werden. Die Etablierung und Charakterisierung eines effizienten Verfahrens, das den Zugang zu einem möglichst breiten Spektrum an 2- und 3-Position substituierter beta-Aminosäuren erlaubt, steht dabei im Mittelpunkt des Projektes.

In dieser Arbeit wurde dazu zunächst die chemo-enzymatische Reaktionssequenz zur Synthese von Ethyl-(3-benzylamino)butanoat eingehend hinsichtlich der Kinetik und Thermodynamik untersucht. Die kinetische Beschreibung lösungsmittelfreier, biokatalytischer Reaktionen wird durch die sich in Abhängigkeit des Umsatzes und des eingesetzten Verhältnisses der beiden Substrate ändernden Bedingungen erschwert. Daher erfolgte die Bestimmung kinetischer Parameter der Novozym 435-katalysierten Aminolyse zunächst im Lösungsmittel und wurde anschließend unter Berücksichtigung thermodynamischer Aktivitäten der Reaktanden auf das lösungsmittelfreie System übertragen. Auf Basis des entwickelten Modells konnten Reaktionen im lösungsmittelfreien System über einen weiten Bereich unterschiedlicher Substratverhältnisse mit guter Genauigkeit simuliert werden, so dass das Modell für die Prozessentwicklung eingesetzt werden kann.