Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

SONDERBEITRÄGE | Magnetische Kernresonanzspektroskopie, ein wichtiges Instrument im Arsenal der Technologieplattform
eine große Menge an Informationen über die Beschaffenheit
der im Molekül enthaltenen Bestandteile. Anhand der
Anordnung der Signale im Spektrum erhält man ein Abbild
der örtlichen Verteilung des beobachteten Protons, wodurch
eine Unterscheidung zwischen aromatischen Verbindungen,
Zuckermolekülen und aliphatischen Gruppen möglich
ist. Während das über das Signal berechnete Integral die
Anzahl der vorhandenen Protonen angibt, können aus den
Splittings detaillierte Informationen über die Anzahl und
Anordnung von Protonen in der unmittelbaren Umgebung
gezogen werden. Zusätzliche Informationen lassen sich aus
dem Kohlenstoffspektrum ( 13 C) gewinnen, das wiederum
eine Signalverteilung ergibt, anhand derer sich die Anzahl
und Arten der Kohlenstoffatome problemlos ermitteln lassen.
Mit Hilfe der 2D-NMR-Spektroskopie können heute die
Fragmente des jeweiligen Moleküls bestimmt werden
(Teile des Puzzles, Abbildung 3). Das homonukleare 2D
1 H- 1 H-Spektrum zeigt Signale jenseits der Diagonalen,
die den „Through-bond“-Interaktionen zwischen den
Wasserstoffatomen entsprechen, die sich im Abstand von
zwei bzw. drei Bindungsstellen befi nden. Anhand dieser
Wechselwirkungen werden ganze Serien dieser Interaktionen
zurückverfolgt, durch die die einzelnen Fragmente
im Molekül gekennzeichnet sind. Durch weitergehende
heteronukleare 2D 1 H- 13 C-Spektraluntersuchungen werden
die Art der vorhandenen Fragmente bestimmt und die
O
O O
HN
NH
OH
O
HN
OH
O
N
Me
HO
O NH HN
H
N
O
O
HO
N
H
HOOC
O
O OH
HO
OH
OH
O O O OMe O
OH
O
O
O
O
O
O O
MeO
HO
O
OH HO
OH
OMe O
O
OH OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
OH OH OH
O
MeO
O N
HO
S
Me
N
OH
OH
OMe
O
O
MeO
O
OH
OMe
Cl H
O
Cl
O
O O
O
O
O OH O
OH
H 3CO
H3C
HO
H
H3C
O OH OH
O
H
H
OH O
S
N O
H
OH
O
NH
O
CH 3
O
OH
OH
CH3
HO
HO
N
S
O OH
H
HO
N
O O
OH O
O
HO
OH
HO OH
Abb. 4. Sekundärmetaboliten des Myxobakterium Sorangium cellulosum Grafi k: HZI
O
O
OH O
OH
OH
OH O OH
O
O
OH
O
OH OH
O
OMe
O
O
O
Cl
O
O
N
O
COOH
COOH
O OH OH
O
O
O
HO
O
MeO OH
HO
OH OH
OMe
HO
O O
H
HO
O O O
OMe
N
H
S
N
HO
OH
OH
einzelnen Puzzleteile zusammengesetzt. So entsteht dann
ein fertiges dreidimensionales Abbild der Molekülstruktur.
Die genauen Angaben zur Konformationsanalyse dieser
Struktur erhält man durch die Untersuchung der Größenordnung
der Splittings im 1D 1 H-Spektrum und anhand der
„Through-space“-Wechselwirkungen zwischen den Protonen
in den einzelnen Fragmenten. Schließlich können mit Hilfe
der Massenspektrometrie, UV- und IR-Spektroskopie Vergleichsdaten
zum Molekulargewicht gewonnen werden.
O
O
H
O
N
O O
O
Diese Methodik wurde in den vergangenen dreißig Jahren
zur Klärung der Struktur vieler Naturstoffe intensiv
genutzt und wird auch weiterhin das Mittel der Wahl sein.
Durch die technische Weiterentwicklung, insbesondere
der Empfi ndlichkeit und des Aufl ösungsvermögens durch
moderne Systeme supraleitender Magneten, ist es heute
möglich, kleinste Mengen von Materialien zu untersuchen
(0,2 bis 1 mg), ohne dass eine chemische Abwandlung dafür
erforderlich ist. Wie aus vorherigen Beispielen hervorgeht,
hat die NMR-Strukturuntersuchung eine wesentliche Rolle
bei der Erforschung und Bewertung neuer Antiinfektiva
gespielt, insbesondere bei der Klärung der Strukturen
einer Vielzahl von biologisch aktiven Verbindungen, die
von Myxobakterien erzeugt werden. Ein aussagefähiges
Beispiel dafür ist die große Zahl an Basisstrukturen der
Sekundärmetabolite, die allein von dem Bakterium Sorangium
cellulosum stammen (Abbildung 4). Bis heute wurden
OH
O O
OMe
H
OMe
O O
Cl
O
OH
Cl
HO
Me
OMe
Me
OH
OH O
O O
OH OH
O
OMe
O
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O
OH
H
O
OH
OH O
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O
O
O
OH
OH
OMe
O
O
O
NH
HOOC
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H
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O
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MeO
MeO
O
OH O
HO
O
OMe
O
O
O
O
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H
N O
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OH
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N OH
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O
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OMe
O
MeO
H OMe
N
O
S
H
N
N
O O
COOH
OH
HO
COOH
HO
O
N
O O
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NH2
N
N N
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HO OH
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HO
O
O
OH
O
O
O
O
N
H
O -
O B
Na +
O
O
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OH O
O
O
H H
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O
O
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OH O
O
O
O
O O
H
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O
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H
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O
O
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HO
O
OH
55
OMe