2010_08_09_Frank_Schuhmacher_ExposeMoleklsynthesizer_V8

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Systemintegration in der organischen Synthese: „Automatisierung komplexer chemischer Verfahren“ linearen Aufbau um Größenordnungen einfacher zu handhaben. Die verzweigten Strukturen der Saccharidmoleküle bedürfen bei der Synthese einiger Vorausplanung des kombinatorischen Bauplans. Bezieht man die unterschiedlichen Variationsmöglichkeiten in der endgültigen Ausgestaltung dieser komplexen Biomakromoleküle mit ein, so kann man die herausragende Stellung der Oligosaccharide und der Vielfalt möglicher Fehlerquellen bei einer Prozessführung im Ansatz erahnen. 24 Syntheseabfolge: 1. Bereitstellung eines polymeren Trägers 2. Platzieren einer geeigneten Ankergruppe 3. Anhängen der ersten Saccharidgruppe mit temporären Schutzgruppen 4. Selektive Abspaltung von Schutzgruppen 5. Auswaschen der ungebundenen Reaktanten 6. Anknüpfen der nächsten Saccharidgruppe mit temporären Schutzgruppen 7. Auswaschen der ungebundenen Reaktanten 8. Wiederholung der Schritte 4. bis 7. 9. Terminieren der verbliebenen temporären Schutzgruppen 10. Abspalten vom Träger Nach der Weiterentwicklung der Kohlenhydratchemie erfolgte die Realisierung erster einfacher automatisierter Oligosaccharidsynthesen unter Leitung von Prof. Dr. Seeberger. Der hieran übergangslos anschließende kombinatorische Chemie stellen sich nach wie vor einige Hürden in den Weg. 25,26 Die Selektivität neuer Schutzgruppen 27 wurde entscheidend optimiert. Schutzgruppen finden Einsatz, um bei der Reaktion gezielt zu interagieren. Die verschiedenen funktionellen Gruppen an den zur Anwendung kommenden Monomeren zeigen ähnliche Reaktivität und müssen dann mit orthogonalen Schutzgruppen zur effektiven Differenzierung bei der Synthese versehen werden, um hier definierte Produkte erhalten zu können. Bei der Automatisierung der Synthese sind die Schritte jedoch kleiner. Nach dem aktuellen Stand gibt es aufgrund der Komplexität der möglichen Kohlenhydratmoleküle noch kein allgemein gültiges Vorgehen bei der Synthese. Für jeden Bauabschnitt muss ein anwendbares Synthesekonzept erarbeitet werden. 28 22 Merrifield R. B.; Jounal Am Chem. Soc, 1963, 85, 2149 23 Caruthers M. H.; Science, 1985, 230,281 24 Glycobiology; Laine R. A.; 1994, 4,759 25 Seeberger P. H., Haase W. C.; Chem Rev; 2000, 100, 4349-4393 26 Rademann J., Geyer A., Schmidt R. R.; Angew. Chem, Int.Ed.Engl; 1998, 37, 1241-1245 27 Ernst B., Hart G. W., Sinay P.; WILEY-VCH Verlag GmbH Weinheim; 2000; Carbohydrates in Chemistry and Biology 28 Khan S. H., O’Neil R. A.; 1996, Harwood Academics, Amsterdam; Modern Methods in Carbohydrate Synthesis ©2010 FS Version 08.08.2010 23:47:16 ExposeMolekülsynthesizer.doc Seite 7 von 30
Systemintegration in der organischen Synthese: „Automatisierung komplexer chemischer Verfahren“ Hieraus ergibt sich der Wunsch der Synthetiker, einen Automaten zur Unterstützung bei geplanten Synthesen im Zugriff zu haben. Erstellte Bibliotheken von Schutzgruppen (temporär und permanent), Abgangsgruppen, Linker und Glycosylierungsreagenzien sowie die Weiterentwicklungen und neue Techniken in der kombinatorischen Chemie sollen als Unterstützung bei der Wahl der Synthesestrategie zur Verfügung stehen. Die jeweiligen Produkte sind über den Linker mit dem Harz verknüpft und sollen im Normalfall hier gebunden bleiben. Somit müsste eine manuelle Teilprobe entnommen werden. Die Idee ist, hier auch auf neue Analytik z.B. Magic- Angle- Spinning NMR zurückzugreifen. Abbildung 1:Aktueller Prototyp eines Oligosaccharid- Synthesizers 29 1. Zweifach Hubkolbenpumpe 2. Rotationsventil 3. Mikrokontroller 4. PC 5. Thermostat 6. Ventilansteuerung 7. Probensammler 8. Schutzgasdruckverteiler 9. Lösungsmittelvorrat 10. Reagenzienvorrat Der aktuelle Stand der Forschung zur Realisierung der Automatisierung von komplexen chemischen Verfahren enthält keine Informationen über die technisch notwendigerweise umzusetzenden Zwischenschritte und behindert die aktuelle Chemiker-Generation in der Umsetzung vieler für dieses Jahrzehnt geplanten und vorhergesagten Kohlenhydratsynthesen. 29 Kröck K.; Diss.ETH No. 18254 2009 Zürich; A New Linker and a New Synthesis Instrument as Key to the Automated Synthesis of Complex Oligosaccharides ©2010 FS Version 08.08.2010 23:47:16 ExposeMolekülsynthesizer.doc Seite 8 von 30
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Seite 3 und 4: Systemintegration in der organische
Seite 7: Systemintegration in der organische
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