Synthese und Reaktivität von NNO-Liganden und deren Metallkomplexen

NNO-Liganden und deren

Metallkomplexen

Alexander Bek

Metallkomplexen

Dissertation

zur Erlangung des akademishen Grades des

Doktors der Naturwissenshaften (Dr.rer. nat.)

an der Universität Konstanz imFahbereih Chemie

vorgelegtvon

Alexander Bek

Tag der mündlihen Prüfung: 12.12.2008

Vorsitzender und mündliher Prüfer: HerrProfessor Dr. Wittmann

Mündlihe Prüfer: HerrProfessor Dr. Burzla

HerrProfessor Dr. Fisher

August 2000 bis Dezember2004

unter der AnleitungvonHerrn Dr. NiolaiBurzla (seitDezember 2004Professor ander

UniversitätErlangen-Nürnberg) in der Arbeitsgruppevon

Herrn Prof.Dr. HelmutFisher

in der naturwissenshaftlih-mathematishen Sektion /Fahbereih Chemie

der Universität Konstanzdurhgeführt.

MeinbesondererDank gilt

Herrn Prof. Dr. NiolaiBurzla

für den groÿen Freiraumbeider Bearbeitung des interessanten Themas

und seine vielfältigenHinweise.

Auÿerdem danke ih

Herrn Prof.Dr. HelmutFisher

für dieAufnahme inseine Arbeitsgruppe und dieBereitstellung eines Arbeitsplatzes.

I Einleitung 1

1 Enzyme mit NNO-Motiv 3

1.1 Zink(II)-haltige Enzyme mitNNO-Motiv . . . 4

1.1.1 Carboxypeptidase A . . . 4

1.1.2 Thermolysin (THL) . . . 5

1.1.3 LeukotrienA 4 Hydrolase (LTA4H) . . . 6

1.1.4 Neurotoxinevon Bakterien der GattungClostridium . . . 8

1.1.5 Anthrax Letal Faktor (LF) . . . 10

1.2 Eisen(II)-haltigeEnzyme . . . 11

1.2.1 Einleitung. . . 11

1.2.2 IsopeniillinN-Synthase (IPNS) . . . 13

1.2.3

α

-Ketoglutarat-abhängigeDioxygenasen . . . 15

1.2.4 Deaetoxyephalosporin C-Synthase (DAOCS) . . . 17

1.2.5 Clavaminat-Synthase(CAS) . . . 17

1.2.6 Weitere

α

-Ketoglutarat-abhängigeEnzyme . . . 18

1.2.7 Prolin- und Prolyl-Hydroxylasen . . . 19

1.2.8 Extradiol-spaltende Catehol-Dioxygenasen . . . 20

2 Modellkomplexe für Enzyme mit NNO-Motiv 23 2.1 TripodaleLiganden . . . 23

2.1.1 Hydrotrispyrazolylborate(Tp) . . . 23

2.1.2 Tris(pyrid-2-yl-methyl)amine (TPA) . . . 25

2.1.3 (2-Hydroxyphenyl)bis(pyrazolyl)methane(LxOH) . . . 27

2.1.4 Bispyrazolylessigsäuren . . . 28

2.2 Modellkomplexefür Zink(II)-haltige Enzyme . . . 32

2.2.1 Modellkomplexe mitNNN-koordinierenden Liganden . . . 32

2.2.2 Modellkomplexe mitNNO-koordinierenden Liganden . . . 34

2.3 Modellkomplexe für Eisen(II)-haltige Enzyme . . . 36

2.3.1 Modellkomplexe fürExtradiol-spaltende Catehol-Dioxygenasen 36

2.3.2 Modellkomplexefür

α

-KetoglutaratabhängigeEisen(II)-haltige

Enzyme . . . 36

2.3.3 Modellkomplexe fürIPNS . . . 37

II Chirale NNO-Liganden 39

3 Vorüberlegungen und Kenntnisstand 41

3.1 Variationder Brükenlänge . . . 41

3.2 Verwendung zweier untershiedliher ahiraler Pyrazolylgruppen . . . . 42

3.3 Verwendung hiraler Gruppen. . . 44

4 C

n

-verbrükte Liganden mit Pyrazolylgruppen (n = 2, 3) 49

4.1 C

2

-verbrükte NNO-Liganden . . . 49

4.1.1 VersuhteUmsetzungvon3,5-Dimethylpyrazolmit2,3-Dibrom-

propionsäure . . . 49

4.1.2 Umsetzung von 3,5-Dimethylpyrazol mit1,2-Dibromethan . . . 50

4.2 C

3

-verbrükte NNO-Liganden . . . 51

4.2.1 Umsetzung von 3,5-Dimethylpyrazol mit1,3-Dibrompropan . . 51

4.2.2 Versuhte Umsetzung von 1,3-Bis(3,5-dimethylpyrazol-1-

yl)propan (3)mit nBuLi /CO

2

. . . 52

5 C

1

-verbrükte Liganden mit Tetrahydroindazolylgruppen 53

5.1 VersuhtedirekteSynthesevon

β

^{-Diketonenausgehendvon}D-(+)-Campher 53 5.1.1 Literaturbekannte

β

^{-Diketone auf} Campherbasis . . . 53 5.1.2 Nahweis von

β

^{-Diketonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54}

5.1.3 Einuÿ der verwendeten Base bei der Umsetzung mitCampher 55

5.1.4 VersuhteUmsetzung vonD-(+)-CamphermitCarbonsäureestern 56

5.1.5 VersuhteUmsetzung von Campher mitCarbonsäurehalogeniden 57

5.1.6 Umsetzung von 3-Bromampher mit Carbonsäureestern und

-halogeniden zu Tetrahydroindazolen . . . 58

5.1.7 VersuhteUmsetzung von 7 zu 4,5,6,7-Tetrahydro-3-tert-butyl-

7,8,8-trimethyl-4,7-methano-2H-indazol(12). . . 59

5.1.8 Shutzgruppenhemie . . . 60

5.1.9 Umsetzungvon3-BromamphermitEssigsäureethylester/Zink

zu Tetrahydroindazolen . . . 61

5.2 AlternativeSyntheseroute für

β

^{-Diketoneausgehend von} D-(+)-Campher 62 5.2.1 Darstellung von 4,7,7-Trimethyl-3-oxonorbornan-2-arbonsäure

(Campherarbonsäure)(4) . . . 63

5.2.2 Umsetzung von Campherarbonsäure (4) zu 4,7,7-Trimethyl-3-

oxonorbornan-2-arbonsäurehlorid (Campherarbonsäurehlo-

rid) (5) . . . 64

5.2.3 Umsetzung von Campherarbonsäurehlorid (5) mit Grignard-

verbindungen . . . 64

5.2.3.1 UmsetzungvonCampherarbonsäurehlorid (5)mitMg

/ Methyliodid . . . 66

5.2.3.2 UmsetzungvonCampherarbonsäurehlorid (5)mitMg

/ 2-Chlor-2-methylpropan . . . 66

5.3 4,5,6,7-Tetrahydro-7,8,8-trimethyl-4,7-methano-2H-indazole . . . 67

5.3.1 Umsetzung von 3-Aetyl-1,7,7-trimethylnorbornan-2-on (6) zu

4,5,6,7-Tetrahydro-3,7,8,8-tetramethyl-4,7-methano-2H-indazol

(Methylampherpyrazol) (9) . . . 68

5.3.2 Umsetzung von 3-Pivaloyl-1,7,7-trimethylnorbornan-2-on (7)

zu 4,5,6,7-Tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-methano-

2H-indazol (tert-Butylampherpyrazol)(12) . . . 69

5.4 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-7,8,8-trimethyl-4,7-methanoindazolyl)methane

(Bisampherpyrazolylmethane) . . . 71

5.4.1 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3,7,8,8-tetramethyl-4,7-methanoinda-

zolyl)methan (Bismethylampherpyrazolylmethan) (10a-) . . . 72

5.4.1.1 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3,7,8,8-tetramethyl-4,7-metha-

noindazol-2-yl)methanbpm

3Cam,5Me

(10a). . . 74

5.4.1.2 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3,7,8,8-tetramethyl-4,7-metha-

noindazol-1-yl)methanbpm

3Me,4Cam

(10b) . . . 75

5.4.2 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-me-

thanoindazolyl)methan(Bis-tert-butylampherpyrazolylmethan)

(13a-) . . . 76

5.4.2.1 Isomerenumwandlung von 13a-zu 13b . . . 78

5.4.3 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-me-

thanoindazol-2-yl)methan (bpm

3Cam,5tBu

) (13a) . . . 79

5.4.4 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-me-

thanoindazol-1-yl)methan (bpm

3tBu,4Cam

) (13b) . . . 79

5.5 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-7,8,8-trimethyl-4,7-methanoindazolyl)essigsäuren. 81 5.5.1 VersuhteUmsetzungen vonbpm 3Cam,5Me (10a)mitnBuLi / CO 2 82 5.5.2 Variation der Base . . . 83

5.5.3 Stabilisierung des Produkts . . . 84

5.5.4 VersuhteDarstellung des Bistetrahydroindazolylessigsäureesters 85 5.5.5 VersuhteDarstellung der Bistetrahydroindazolylpropionsäure . 86 5.5.6 Umsetzungen mitreaktiven Carbonylverbindungen . . . 88

5.5.7 Syntheseversuhe ausgehend von Methylampherpyrazol (9) . . 89

5.5.8 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-methano- indazol-2-yl)essigsäure Hbpa 3tBu,4Cam (14b) . . . 91

6 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse 95 6.1 Synthese der C n -verbrükten Liganden (n=2,3) . . . 95

6.2 Synthese der C 1 -verbrükten Bisindazolylliganden. . . 95

6.2.1 Synthese der

β

^{-Diketone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95}

6.2.2 Synthese der Bistetrahydroindazolylmethane . . . 97

6.2.3 Synthese der Bistetrahydroindazolylessigsäuren . . . 99

6.2.3.1 Bismethyltetrahydroindazolylessigsäuren . . . 100

6.2.3.2 Bis-tert-butyltetrahydroindazolylessigsäuren . . . 101

6.2.4 Vergleihder Bistetrahydroindazolylmethane . . . 102

III Zink(II)-Komplexe 107 7 Zink(II)-Komplexe mit Bispyrazolylaetato-Liganden 109 7.1 DarstellungderZink(II)-Alkyl-Komplexe[Zn(bpa 3,5tBu )R℄(R=Me(22), Et (23)) . . . 110

7.1.1 Ausgangssituation . . . 110

7.1.2 Versuhte Darstellung aus dem Zink-Chlorido-Komplex [Zn(bpa 3,5tBu )Cl℄ (20) . . . 111

7.1.3 UmsetzungvonBis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)essigsäure(15) mit ZnMe 2 . . . 113

7.1.4 UmsetzungvonBis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)essigsäure(15) mit ZnEt 2 . . . 114

7.2 Reaktivität von[Zn(bpa 3,5tBu

)R℄(R =Me (22), Et(23)) . . . 115

7.2.1 Reaktivität gegenüberLuft, Wasser und CO 2 . . . 115

7.2.2 Reaktivität gegenüberBrønsted-Säuren . . . 117

7.2.2.1 Umsetzung mitwäÿriger Salzsäure . . . 117

7.2.2.2 Umsetzung mitwasserfreien Brønsted-Säuren . . . 117

7.2.3 Reaktivität gegenüberAlkoholen . . . 119

7.2.3.1 Umsetzung von[Zn(bpa 3,5tBu )Me℄ (22)mitMeOH . . . 119

7.2.4 Reaktivität gegenüberThiolen . . . 121

7.2.4.1 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu )Me℄ (22) mitBenzylmer- aptan . . . 121

7.2.4.2 Umsetzung von[Zn(bpa 3,5tBu )Me℄ (22)mitn-Propanthiol 122 7.3 Versuhte Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato- methoxo-Zink(II)[Zn(bpa 3,5tBu )OMe℄ . . . 124

7.4 DarstellungvonBis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-n-propylthiolato- Zink(II) [Zn(bpa 3,5tBu )SnPr℄(27) . . . 125

7.5 Versuhte Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-hy- droxo-Zink(II) [Zn(bpa 3,5tBu )OH℄ . . . 127

7.5.1 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu )Cl℄ (20) mitBasen . . . 128

7.5.2 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu )Me℄ (22) mitMeOH /H 2 O . . . 129

7.6 Darstellung von Aqua-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-Zink(II) perhlorat [Zn(bpa 3,5tBu )(OH 2 )℄(ClO 4 ) (29) . . . 133

7.7 Darstellung von Di(bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato)-Zink(II) [Zn(bpa 3,5tBu ) 2 ℄ (30) . . . 136

7.8 Darstellung von Aetato-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato- Zink(II) [Zn(bpa 3,5tBu )OA℄(24) . . . 138

7.9 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-phenyl- glyoxylato-Zink(II) -[Zn(bpa 3,5tBu )(O 2 CC(O)Ph)℄(31) . . . 139

7.10 Versuhte DarstellungvonBis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-uo- ro-Zink(II) -[Zn(bpa 3,5tBu )F℄ . . . 141

7.11 Darstellung von Di(bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)aetato)-Zink(II) [Zn(bpa 3,5Me ) 2 ℄(33) . . . 142

8 Zink(II)-Komplexe mit Bis(4,5,6,7-tetrahydro)indazolylaetato-Liganden 145

8.1 Darstellung von Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-

methanoindazol-1-yl)aetato-hlorido-Zink(II)[Zn(bpa

3tBu,4Cam

)Cl℄ (34) 145

8.2 Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-methanoindazol-

1-yl)aetato-hydroxo-Zink(II) [Zn(bpa

3tBu,4Cam

)OH℄ (36) . . . 149

9 Zusammenfassung der Ergebnisse 153

IV Eisen(II)- und Eisen(III)-Komplexe 157

10 Eisen(II)-Komplexe mit Bispyrazolylaetato-Liganden 159

10.1 Darstellungvon Di(bis(pyrazol-1-yl)aetato)-Eisen(II)[Fe(bpa)

2

℄ (41) . 159

10.2 Darstellung von Di(bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato)-Eisen(II) -

[Fe(bpa 3,5tBu

)

2

℄ (42) . . . 162

10.3 Darstellung von Triaqua-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-Ei-

sen(II)-tetrauoroborat - [Fe(bpa 3,5tBu

)(H

2 O)

3

℄[BF

4

℄ (49) . . . 164

10.4 Darstellungvon [Fe(bpa 3,5tBu

)(OH)℄ (50) . . . 167

10.4.1 Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitKOH . . . 167

10.4.2 Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)(H

2 O)

3

℄[BF

4

℄ (49) mitBasen . . . 168

10.5 Darstellung von Aetato-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-Ei-

sen(II) [Fe(OA)(bpa 3,5tBu

)℄(45) . . . 169

10.5.1 VersuhteUmsetzung von[Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitAgOA . . 170

10.5.2 Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitTlOA . . . 171

10.6 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-phenyl-

glyoxalato-Eisen(II) [Fe(bpa 3,5tBu

)(O

2

CC(O)Ph)℄ (46) . . . 172

10.6.1 Darstellungvon Tl[O

2

CC(O)Ph℄ (51) . . . 172

10.6.2 Darstellung aus dem Eisen-Chlorido-Komplex [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄

(44) . . . 173

10.6.3 AlternativeRoutenzurDarstellungvonFe(bpa 3,5tBu

)(O

2

CC(O)Ph)

(46) . . . 175

10.7 Versuhte Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-me-

thyl-Eisen(II) [Fe(bpa 3,5tBu

)Me℄ . . . 176

10.7.1 UmsetzungvonBis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)essigsäure(15)

mitFeMe

2

. . . 176

10.7.2 Umsetzung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-hlo-

ro-Eisen(II) [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitAlkylierungsreagenzien . 177

10.8 Versuhte Darstellung von [Fe(bpa 3,5tBu

)(SnPr)℄ . . . 178

10.8.1 Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)(H

2 O)

3

℄[BF

4

℄ (49) . . . 178

10.8.2 Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) . . . 178

11 Eisen(III)-Komplexe mit Bispyrazolylaetato-Liganden 181 11.1 Umsetzung vonHbpa (17)mit [NEt 4 ℄ 2 [Fe 2 OCl 6 ℄ . . . 181

11.2 Umsetzung vonHbpa 3,5Me (16) mit[NEt 4 ℄ 2 [Fe 2 OCl 6 ℄ . . . 182

11.3 Versuhte Umsetzung von Hbpa 3,5tBu (15) mit[NEt 4 ℄ 2 [Fe 2 OCl 6 ℄ . . . 184

11.4 Umsetzung von[NEt 4 ℄[Fe(bpa 3,5Me )Cl 3 ℄(38) mitAgOA . . . 185

11.5 Umsetzung von[NEt 4 ℄[Fe(bpa 3,5Me )Cl 3 ℄(38) mitAgNO 3 . . . 187

12 Zusammenfassung der Ergebnisse 191 V Katalyse und Reaktivitäten 195 13 Oxidationsreaktionen 197 13.1 Oxidationvon Olenen . . . 197

13.1.1 Oxidation vonCylohexen mitH 2 O 2 . . . 197

13.1.2 Oxidation von(R)-(+)-LimonenmitH 2 O 2 . . . 200

13.1.3 Oxidation vonCylohexen mitIodosobenzol . . . 202

13.1.4 Oxidation von[Fe(bpa 3,5tBu )(O 2 CC(O)Ph)℄(46) mitSauersto 203 13.1.5 Oxidation vonDMS mit[Fe(bpa 3,5tBu )(O 2 CC(O)Ph)℄ (46) . . . 206

14 Sonstige Katalysereaktionen 209 14.1 Copolymerisationvon Cylohexenoxid und CO 2 . . . 209

14.2 IsopeniillinNBioessay. . . 210

14.2.1 Herstellung der Kulturplatten. . . 211

14.2.2 Herstellung der Reaktions- und Puerlösungen . . . 212

14.2.3 Drop ina hole-Test . . . 213

14.2.4 Auswertung . . . 216

VI Experimentalteil 219 15 Einleitung 221 15.1 Präparatives Arbeiten . . . 221

15.2 Spektroskopishe und analytishe Verfahren . . . 221

15.3 Ausgangsverbindungen . . . 223

16 Ligandensynthesen 225

16.1 Versuhte Umsetzung von 3,5-Dimethylpyrazol (Hpz 3,5Me

) mit 2,3-Di-

brompropionsäure . . . 225

16.2 Darstellungvon 1,2-Bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)ethan(bpe 3,5Me

) (2) . . 225

16.3 Darstellungvon 1,3-Bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)propan(bpp 3,5Me

) (3) . 226

16.4 Darstellung von 1,7,7-Trimethyl2-oxonorbornan-3-arbonsäure (Cam-

pherarbonsäure) (4) . . . 227

16.5 OxidationvonBorneol (8)zu D-(+)-Campher . . . 228

16.6 VersuhteUmsetzungvon3-BromamphermitOrthoameisensäuretrime-

thylester . . . 229

16.7 Versuhte Umsetzung von3-Bromampher mitEthylenglykol . . . 229

16.8 Versuhte Umsetzung von 3-Bromampher mit Zn und Essigsäureethyl-

ester . . . 229

16.9 Darstellung von 1,7,7-Trimethyl-2-oxo-norbornan-3-arbonsäurehlorid

(Campherarbonsäurehlorid)(5) . . . 230

16.10 Darstellung von 3-Aetyl-1,7,7-trimethylnorbornan-2-on (Methylam-

pherdiketon) (6) . . . 230

16.11 Darstellung von 3-Pivaloyl-1,7,7-trimethylnorbornan-2-on (tert-

Butylampherdiketon) (7) . . . 231

16.12 Darstellungvon 4,5,6,7-Tetrahydro-3,7,8,8-tetramethyl-4,7-methano-2H-

indazol(Hpz

3Me,4Cam

) (Methylampherpyrazol) (9) . . . 233

16.13 Darstellung von 4,5,6,7-Tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-me-

thano-2H-indazol(Hpz

3tBu,4Cam

) (tert-Butylampherpyrazol) (12) . . . . 234

16.14 Darstellung von Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3,7,8,8-tetramethyl-4,7-

methanoindazolyl)methan(10a-) . . . 236

16.15 Isomerisierung von 10a- zu Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3,7,8,8-tetramethyl-

4,7-methanoindazol-2-yl)methan(10a) . . . 237

16.16 Darstellung von Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-

methanoindazolyl)methan(13a-) . . . 238

16.17 Isomerisierungvon13a-zuBis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-tri-

methyl-4,7-methanoindazol-2-yl)methan (13b) . . . 239

16.18 Versuhte Umsetzungen von bpm

3Cam,5Me

(10a) zu Bis(4,5,6,7-tetrahy-

dro-3,7,8,8-tetramethyl-4,7-methanoindazol-2-yl)essigsäure(11a) . . . . 240

16.18.1 Umsetzung mitnBuLi / CO

2

. . . 240

16.18.2 Umsetzung mitnBuLi / TMEDA / CO

2

. . . 240

16.18.3 Umsetzung mitnBuLi / KOtBu /CO

2

. . . 241

16.18.4 Umsetzung mitLDA / CO

2

. . . 241

16.18.5 Umsetzung mitnBuLi / Aetylbromid . . . 241

16.18.6 Umsetzung mitnBuLi / Paraformaldehyd . . . 242

16.18.7 Umsetzung mitNaH / CO

2

. . . 242

16.18.8 Umsetzung mitNaH / Triphosgen . . . 242

16.18.9 Umsetzung mitnBuLi / Aetylbromid . . . 242

16.18.10Umsetzung mitnBuLi / KOtBu /Bromessigsäuremethylester . 243

16.18.11Umsetzung mitnBuLi / D

2

O . . . 243

16.19 Versuhte Umsetzung von 9mit NaH /Propinsäuremethylester . . . 244

16.20 Versuhte Umsetzung von 9mit Dibromessigsäure . . . 244

16.21 Versuhte Umsetzung von 10b mitnBuLi / CO

2

. . . 244

16.22 Versuhte Umsetzung von Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-tri-

methyl-4,7-methanoindazol-2-yl)methan(13a)mitnBuLi / CO

2

. . . . 245

16.23 Darstellung von Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-Butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-

methanoindazol-1-yl)essigsäure H(bpa

3tBu,4Cam

) (14b) . . . 245

17 Zink(II)-Komplexe 247

17.1 Versuhte Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitMeLi . . . 247

17.2 Versuhte Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitMeMgBr . . . 247

17.3 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-methyl-

Zink(II) - [Zn(bpa 3,5tBu

)Me℄ (22) . . . 247

17.4 DarstellungvonBis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-ethyl-Zink(II)-

[Zn(bpa 3,5tBu

)Et℄ (23) . . . 248

17.5 Darstellung von Aetato-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-

Zink(II) [Zn(bpa 3,5tBu

)OA℄(24) . . . 249

17.5.1 Umsetzung von Hbpa 3,5tBu

(15)mitZn(OA)

2

. . . 249

17.5.2 Umsetzung von[Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitMOA (M =Li,Na,

Ag) . . . 249

17.5.3 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Me℄ (22) mitHOA. . . 250

17.6 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-hlorido-

Zink(II) - [Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) . . . 250

17.7 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-methoxy-

Zink(II) - [Zn(bpa 3,5tBu

)OMe℄ (25) . . . 251

17.8 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-phenyl-

glyoxalato-Zink(II)- [Zn(bpa 3,5tBu

)(O

2

CC(O)Ph)℄ (31) . . . 251

17.9 Darstellung von Di(bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato)-Zink(II) -

[Zn(bpa 3,5tBu

)

2

℄ (30) . . . 252

17.9.1 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitKOH . . . 252

17.9.2 Umsetzung von Hbpa 3,5tBu

(15)mitZn(ClO

4 )

2

·

^{6H2O/ KOtBu 252}

17.9.3 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (24) mitNaOH . . . 253

17.9.4 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitNaOMe . . . 253

17.9.5 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitKOtBu . . . 253

17.10 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-aqua-Zink(II)-

perhlorat - [Zn(bpa 3,5tBu

)OH

2

℄[ClO

4

℄ (29) . . . 253

17.11 Darstellungvon [Zn(bpa 3,5tBu

)SBn℄ (26) . . . 254

17.11.1 Umsetzung von Hbpa 3,5tBu

(15)mitZn(ClO

4 )

2

·

^{6H2O/ LiSBn 254}

17.11.2 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Me℄ (22) mitHSBn . . . 254

17.12 Darstellungvon [Zn(bpa 3,5tBu

)SnPr℄ (27) . . . 255

17.12.1 VersuhteUmsetzung von[Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitHSnPr . . 255

17.12.2 VersuhteUmsetzung von[Zn(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (20) mitKSnPr . . 255

17.12.3 Umsetzung von [Zn(bpa 3,5tBu

)Me℄ (22) mitHSnPr . . . 255

17.13 Umsetzung vonHbpa 3,5tBu

(15) mitZn(ClO

4 )

2

·

^{6 H2O /KF . . . . . . 256}

17.14 Darstellung von Di(bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)aetato)-Zink(II) -

[Zn(bpa 3,5Me

)

2

℄(33) . . . 257

17.15 Umsetzung vonHbpa

3tBu,4Cam

(14b) mitZnCl

2

. . . 257

17.16 Darstellung von Bis(4,5,6,7-tetrahydro-3-tert-butyl-7,8,8-trimethyl-4,7-

methanoindazol-1-yl)aetato-hlorido-Zink(II)[Zn(bpa

3tBu,4Cam

)Cl℄ (34) 257

18 Eisen(II)-Komplexe 259

18.1 Darstellungvon Di(bis(pyrazol-1-yl)aetato)-Eisen(II)- [Fe(bpa)

2

℄ (41). 259

18.2 Darstellung von Di(bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato)-Eisen(II) -

[Fe(bpa 3,5tBu

)

2

℄ (42) . . . 260

18.3 Darstellung von Aetato-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-

Eisen(II) - [Fe(OA)(bpa 3,5tBu

)℄(45) . . . 261

18.4 Darstellung von Triaqua-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-

Eisen(II)-tetrauoroborat - [Fe(bpa 3,5tBu

)(H

2 O)

3

℄[BF

4

℄ (49) . . . 261

18.5 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-hydroxo-

Eisen(II) - [Fe(bpa 3,5tBu

)(OH)℄ (50) . . . 262

18.6 Darstellung von Aetato-bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-

Eisen(II) - [Fe(OA)(bpa 3,5tBu

)℄(45) aus Hbpa 3,5tBu

(15) /Fe(OA)

2

. . 263

18.7 Versuhte Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitAgOA . . . 263

18.8 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-phenyl-

glyoxalato-Eisen(II) - [Fe(bpa 3,5tBu

)(O

2

CC(O)Ph)℄ aus [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄

(44) und TlO

2

CC(O)Ph (46) . . . 264

18.9 Darstellung von Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)aetato-phenyl-

glyoxalato-Eisen(II) - [Fe(bpa 3,5tBu

)(O

2

CC(O)Ph)℄ aus

[Fe(bpa 3,5tBu

)(H

2 O)

3

℄[BF

4

℄ (49) /TlO

2

CC(O)Ph (46) . . . 265

18.10 Versuhte Umsetzung von Hbpa 3,5tBu

(15) mitFeCl

3

/ MeLi . . . 265

18.11 Versuhte Umsetzung von Hbpa 3,5tBu

(15) mitFeCl

2

/ MeMgCl . . . 266

18.12 Versuhte Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitMeLi . . . 266

18.13 Versuhte Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitMeMgCl . . . 266

18.14 Versuhte Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)(H

2 O)

3

℄[BF

4

℄ (49)mitKSnPr . 267

18.15 Versuhte Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)(H

2 O)

3

℄[BF

4

℄ (49)mit HSnPr . 267

18.16 Versuhte Umsetzung von [Fe(bpa 3,5tBu

)Cl℄ (44) mitHSnPr . . . 267

19 Eisen(III)-Komplexe 269

19.1 Darstellung von Tetraethylamino-bis(pyrazol-1-yl)aetato-trihloro-Ei-

sen(III) - [NEt

4

℄[Fe(bpa)Cl

3

℄ (47). . . 269

19.2 Darstellung von Tetraethylamino-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)aetato-

trihloro-Eisen(III)-[NEt

4

℄[Fe(bpa 3,5Me

)Cl

3

℄(38) . . . 270

19.3 Versuhte Umsetzung von Hbpa 3,5tBu

(15) mit[NEt

4

℄

2 [Fe

2 OCl

6

℄ . . . 270

19.4 DarstellungvonTetraethylamino-aetato-(bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)-

aetato-dihloro-Eisen(III) [NEt

4

℄[Fe(OA)(bpa 3,5Me

)Cl

2

℄(39) . . . 271

19.5 Darstellung von Tetraethylamino-(bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)aetato-

dihloro-nitrato-Eisen(III)[NEt

4

℄[Fe(bpa 3,5Me

)Cl

2 (NO

3

)℄ (40) . . . 272

20 Sonstige Verbindungen 273

20.1 Darstellungvon Thalliumphenylglyoxalat-Tl(O

2

CC(O)Ph) (51) . . . . 273

VIIAnhang 275

Abkürzungen und Nomenklatur 277

20.2 Abkürzungen für Bis(pyrazol-1-yl)essigsäuren und ihre Vorstufen . . . . 277

20.3 SonstigeAbkürzungen . . . 278

Verbindungsübersiht 281

20.4 Ligandenund deren Vorstufen . . . 282

20.5 Zink(II)-Komplexe . . . 283

20.6 Eisen(II)- und Eisen(III)-Komplexe. . . 284

Literaturverzeihnis 285

Einleitung

ProteineübernehmeninOrganismeneineVielfaltvonAufgaben.SobesitzenStrukturpro-

teine wieKeratin,Collagenoder Chitinwihtigegerüstbildende FunktionenbeimAufbau

von Zellen.Bei Stowehselvorgängen spielen Enzyme eine entsheidende Rolle. Sie fun-

gieren als Biokatalysator und steuern so die Vorgänge im Organismus. Etwa die Hälfte

aller bis jetzt bekannten Enzyme benötigt für die Katalyse ein oder mehrere fest im ak-

tiven Zentrum verankerte Metallatome.

Dank verbesserter Tehniken konnte eine Vielzahl vonEnzymen hinsihtlih ihres struk-

turellen Aufbaus analysiert werden. Hierbei wurde bei Eisen(II)-abhängigen Enzymen

ein neues, grundlegendes Koordinationsmuster entdekt, für das Lawrene Que Jr. die

Bezeihnung faiale 2-His-1-Carboxylat-Triade einführte.

[1,2℄

Hierbei wird das zentrale

MetallatomvonzweiHistidinensowieeinerCarboxylatgruppe(Aspartatbzw.Glutamat)

faial koordiniert.

Interessanterweise läÿtsihauhbeiZink(II)-haltigenEnzymen,bei denendas Zinkatom

tetraedrishkoordiniertist,einähnlihesKoordinationsmusternden.Auhhiersinddrei

der Koordinationsstellen mitzweiHistidinen und einer Carboxylatgruppe besetzt.

N L Fe N L

O L

HN

NH

O His

His Asp / Glu

Zn N NH

O O

Asp / Glu His

L

N NH His

PSfrag replaements

Abbildung 1.1: NNO-Motivin Eisen- und Zink-haltigen Enzymen

Weitere Koordinationsstellenwerden imRuhezustand oftmalsdurh Wassermoleküle ab-

gesättigt und dienen im Verlauf der Reaktionsführung zur Koordination des Substrats

sowie etwaiger Cosubstrate.

1.1 Zink(II)-haltige Enzyme mit NNO-Motiv

ZinkhaltigeEnzyme spieleneine wihtige Rollebeider Spaltung vonPeptid-sowie Phos-

phatbindungen. So nden sih eine Vielzahl von Enzymen im Bereih des Informations-

transports mittels Proteinen in Zellen und bei Vorgängen rund um die DNA und RNA

wieder. Zinkhaltige Enzyme spielen jedoh auh eine Rolle bei weiteren Vorgängen wie

der Hydrolyse von CO

2

oder der Oxidation vonAlkoholen zu Aldehyden und Ketonen.

[3℄

1.1.1 Carboxypeptidase A

Carboxypeptidase A (CPA) ist in der Lage, Polypeptide ausgehend vom C-terminalen

Ende zu spalten. CPA war eines der ersten Metalloproteine, von dem detaillierte Kri-

stallstrukturen gewonnen werden konnten.

[4℄

Das Enzym katalysiert spezish die Ab-

spaltung aller Aminosäuren auÿer Arginin, Lysin und Prolin.

[4℄

Das aktive Zentrum des

Enzyms besteht aus einem Zink(II)-Kern, welher vonzweiHistidinen (His

69 , His

196 ),ei-

ner Glutaminsäure (Glu

72

) und einem Wassermolekül (HOH

571

) tetraedrish koordiniert

wird.

[4℄

Bn HC CO ₂ HN

O CH 2

H N O

Ph Glu 270 O

O

Ser ₁₉₇ C NH Tyr ₁₉₈

Zn Glu ₇₂

His 69

His ₁₉₆

H 2 N Asn 144

HO Tyr 248

Arg 71

H O

H -

O

- Arg 145

Arg + 127

+

Bn HC CO ₂ HN

O CH 2

H N O

Ph Glu 270 O

OH

Ser ₁₉₇ C NH Tyr ₁₉₈

Zn Glu ₇₂

His 69

His ₁₉₆

H 2 N Asn 144

HO Tyr 248

Arg 71

H O -

O

- Arg 145

Arg + 127

+

Bn HC CO ₂ H ₃ N

O CH 2

H N O

Ph Glu 270 O

O

Ser 197

C NH Tyr ₁₉₈

Zn Glu ₇₂

His ₆₉ His 196

H ₂ N Asn ₁₄₄

HO Tyr 248

Arg 71 - O

O

- Arg 145

Arg + 127

+ -

+

Shema 1.1: ReaktionsmehanismusvonCPA.

Im ersten Shritt erfolgteine Protonenübertragung des amaktiven Zentrum koordinier-

ten Wassermoleküls auf Glu

270

. Die so gebildete Hydroxy-Spezies reagiert mit der Car-

bonylgruppe des Substrats. Im abshlieÿenden zweiten Shritt erfolgt die Übertragung

des ProtonsvonGlu

270

zurAmidgruppedesIntermediats.HierbeierfolgtdieSpaltungzu

den beiden Endprodukten.

1.1.2 Thermolysin (THL)

Thermolysin isteinzinkhaltigesEnzymaus der Familieder Endopeptidasen.

[5 7℄

Esspal-

tet spezishdie Peptidbindungnahhydrophoben Aminosäuren (z.B.Isoleuin, Leuin,

Phenylalanin).

[5℄

Das Protein ist ungewöhnlih stabil gegenüber thermishen Einüssen.

Bei 80°C besitzt es noh über die Hälfte seiner Aktivität, während bei 65°C noh keine

Inaktivierungerfolgt.

[5℄

VerantwortlihfürdieseStabilitätsindvierCaliumatome,dieim

Enzym eingebaut sind.

[5,6,8℄

Die Struktur vonThermolysin konnteerstmals 1972bestimmtwerden.

[5℄

Es folgtennoh

einige genauere Untersuhungen, so daÿ eine Vielzahlvonröntgenographishen Analysen

vorliegt.

[5,8,9℄

Das aktive Zentrum besteht aus einem Zink(II)-Kern, welher von 2 Histi-

dinresten (His

142

und His

146

), einem Glutamat(Glu

143

) sowie zwei Wassermolekülen ko-

ordiniertwird.

[9℄

InälterenVeröentlihungen [5℄

wurdenureinWassermolekülamMetall

gefunden, wasaufuntershiedlihe pH-Werteder Puerlösungenbeider Kristallzühtung

zurükzuführen ist.

[6℄

Der Reaktionsmehanismuskonnte 1987geklärt werden.

[9℄

N C H H

O H Glu ₁₄₃

O

O O

O Asn ₁₁₂

NH 2

HN His 231

OH Zn

-

114 113

Tyr 157 + His 146

Glu 143

His 142

H C

O

R R'

H N

C H H

O H Glu ₁₄₃

O

O O

O Asn ₁₁₂

NH 2

HN His 231

OH Zn -

114 113

Tyr 157 + His 146

Glu 143

His 142

H C

O

R R'

H

N C H H

O Glu ₁₄₃

O

O O

O Asn ₁₁₂

NH 2

HN His 231

OH Zn -

114 113

Tyr ₁₅₇ + His 146

Glu 143

His 142

H C

O

R R'

H 2

+ -

H 3 N C H O

Glu ₁₄₃ O

O O

O Asn ₁₁₂

NH 2

HN His 231

OH Zn -

114 113

Tyr ₁₅₇ + His 146

Glu 143

His 142

H C

R O ⁺ R'

-

Shema 1.2: Reaktionsmehanismus vonTHL.

AnalogzurReaktionvonCPA polarisiertdasaktiveZentrumdas koordinierteWassermo-

lekül. Mit zusätzliher Hilfe vonGlu

143

ndet eine Protonenübertragung auf dieAmino-

säurestatt. DiesogebildeteGlutaminsäurefungiertanshlieÿendalsBaseundprotoniert

die Amidbindungdes Peptids. Im letzten Shritt ndet dann dieSpaltung der Amidbin-

dung statt, und es bildensih diebeiden Endprodukte.

1.1.3 Leukotrien A

4

Hydrolase (LTA4H)

Leukotrien A

4

Hydrolase (LTA4H) katalysiert die Hydrolyse von Leukotrien A

4 (LTA

4 )

zu Leukotrien B

4 (LTB

4

). LTB

4

bewirkt im menshlihen Körper die Aggregation von

Leuoyten, die Freisetzung oxidierender Enzyme und die Erzeugung von Superoxid-

Radikalen.

[1012℄

Diese wirken entzündungsfördernd und gewebezerstörend. Aus diesem

Grund spielen Leukotriene bei Entzündungen, der Immunabwehr und bei Shokzustän-

den eine Shlüsselrolle. Neuere Therapieansätze bei entzündlihen Erkrankungen zielen

daher auf die Hemmung der Leukotrien-Biosynthese. Die Aufklärung der Reaktionsme-

hanismen bei der Bildung der Leukotriene steht dabei im Mittelpunkt intensiver For-

shung, da man sih hieraus auh Erfolge bei der Therapie hronisher Erkrankungen

wie Asthma oder Rheumaverspriht.1994 konnteeine ersteKristallstrukturdes Enzyms

aufgenommen werden, [13℄

die endgültigeStrukturaufklärung erfolgte 2001.

[10℄

O O

O O

O

H 3 N NH H 3 N HN

- - +

+ Zn

His 295

His 299

Glu 318

Arg 563

Lys 565

Asp 375

O O

O O

O

H 3 N NH H 3 N HN

- - +

+ Zn

His 295

His 299

Glu 318

Arg 563

Lys 565

Asp 375

H O

H

- +

H +

OH O

O O

OH

H 3 N NH H 3 N HN - + + Zn

His 295

His 299

Glu 318

Arg ₅₆₃

Lys ₅₆₅

Asp 375 HO

H 2 O Bu

C ₆

C 12

LTA 4

Bu

C 6

C ₁₂

Bu

C ₆ C ₁₂

LTB ₄

Shema 1.3: Postulierter Reaktionsmehanismus für die Umsetzung von LTA

4 zu

LTB

4 .

[14℄

Folgender Reaktionsmehanismus wurde postuliert.

[10℄

Das aktive Zentrum fungiert als

shwahe Lewis-Säure und katalysiert die Spaltung des Epoxids in LTA

4

. Hierbei wird

zwishen C

6

und C

12

ein delokalisiertes

π

-Elektronensystem gebildet, welhes einen nu- kleophilen Angri in diesem Bereih ermögliht. Asp

375

polarisiert ein Wassermolekül,

und eserfolgtdiestereospezishe InsertioneinerHydroxy-GruppeamC

12

unterBildung

vonLTB

4 .

1.1.4 Neurotoxine von Bakterien der Gattung Clostridium

Clostridiumbotulinum gehörtzurGattungClostridiumundführtimmenshlihenKörper

zuBotulismus.

[15℄

DieGiftwirkungberuhtaufderBildungderBotulinustoxineA-G.Diese

untersheiden sih in den Angristellen im Ablaufsshema der Aetylholinbildung, [16℄

bewirken aberinallenFällendieselbenSymptome.DieFreisetzungdesNeurotransmitters

Aetylholinwird gehemmt,eskommtzur Ershlaung undLähmungderMuskulatur.

[15℄

Bei den Botulinustoxinen handeltessihum diestärksten bekannten Gifte.

[15,17,18℄

Etwa

10

µ

^{g oral verabreiht sind für einen Erwahsenen tödlih. Aus diesem Grund wurden}

AerosolemitBotulinustoxinenshoninmindestensdreiFällenzuterroristishenZweken

zumEinsatzgebraht.

[16℄

DieStrukturdesNeurotoxinsvomTypBkonnte2000aufgeklärt

werden.

[17,19,20℄

Es handeltsih dabei um eine Endopeptidase, welhe neuronale Proteine

spaltet und so in die Aetylholinbildung eingreift. Der genaue Reaktionsmehanismus

ist noh ungeklärt, es wird jedoh der in Shema 1.4 beshriebene Verlauf postuliert.

[20℄

Glu

230

polarisiert das am aktiven Zentrum koordinierte Wassermolekül und ermögliht

so einen nukleophilen Angrian der Carbonylbindungdes Substrats. Im zweiten Shritt

erfolgt dann die Übertragung des zweiten Protons und Spaltung der N-C-Bindung. Es

bilden sih hierbei diebeiden Endprodukte.

N O

N N

Ph O

O Zn O ^-

O Glu 230

H H

O OH N

N N

Arg 369 Tyr 372

N O

N N

Ph O O

Zn H

O O N

N N

Arg 369 Tyr 372

H

N O

N N

Ph O O

Zn O

OH N

N N

Arg 369 Tyr 372

H

H

H

Shema 1.4: Postulierter Reaktionsmehanismusfür dieUmsetzung vonSynaptobrevin

durh Botulinustoxin.

[14℄

Ein engerVerwandter von Clostridium botulinum stellt Clostridium tetani dar.

[21℄

Dieser

Erreger löst im menshlihen Körper Tetanus (Wundstarrkrampf) aus. Die Wirkung des

vonihmproduziertenGiftesberuhtebenfallsaufder BlokierungvonNeurotransmittern.

Tetanus-Toxin verhindert u.a. die Freisetzung von

γ

-Aminobutyrat (GABA) und Glyin undruftsoeineständigeMuskelkontraktionhervor.

[21,22℄

Interessanterweise ershöpftsih

der Kenntnisstand bezüglih Clostridium tetani im wesentlihen in der Erforshung von

Tetanus. Genauere Untersuhungen des Mehanismus sowie der beteiligtenEnzyme sind

erst im Gange.

[21,22℄

1.1.5 Anthrax Letal Faktor (LF)

Baillus anthrais (Milzbranderreger, Anthrax) stellt neben Clostridium botulinum eine

der potentesten Biowaen dar und wurde in der Vergangenheit bereits mehrfah zu ter-

roristishen Zweken eingesetzt.

[23 26℄

Der Name Milzbrand leitet sih vom griehishen

Wort für Kohle (anthrakis) ab, da die Milz von Tieren, die an Milzbrand starben, ne-

krotish shwarz zerfällt und optish an Kohle erinnert.

[23,24℄

Unter ungünstigen Kul-

turbedingungen bildet Baillus anthrais Sporen aus, welhe eine hohe Resistenz gegen

Umwelteinüsse besitzen. Mit solhen Sporen kontaminierte Gebiete sind für mehrere

Jahrzehnteunbewohnbar.Sosindz.B.einigeunbewohnteAtlantikinseln,diewährenddes

2. Weltkrieges bei B-Waenversuhen mit Milzbrandsporen verseuht wurden, bis heute

unbewohnbar. Shafe,die zu Testzweken ausgesetzt werden, verenden in kurzer Zeit an

Milzbrand.

Die tödlihe Wirkung von Anthrax beruht auf drei Proteinen, dem protektiven Antigen

(PA),Ödemfaktor(EF)undLetalFaktor(LF).

[27℄

PAstelltdieBindungsstellezurbefalle-

nenZelleherundermöglihtdasEindringendesToxinsindasZellinnere.DasausEFund

PA gebildete Ödemtoxin steigert den Gehalt von AMP (yl. Adenosinmonophosphat,

Botensto)inderbefallenenZelle.DiesführtzueinerVeränderungder Membranpermea-

bilität und damit zu Ödemen.

[28℄

Letal Toxin, gebildet aus LF und PA, greift Proteine

der MAPKK-Familie (mitogen aktivierte Protein-Kinase Kinase) an.

[2730℄

Diese werden

für die Signalübermittlung u.a. bei der Regulierung der Abwehrreaktionen bei bakteriel-

lenInfektionenbenötigt.

[30℄

MitderröntgenstrukturellenAufklärung desLetal Faktors [25℄

konnte ein wihtiger Shritt zum Verständnis der Funktionsweise von Anthrax geleistet

werden. Eszeigte sihhierbei,daÿ das aktiveZentrum aus einemZink(II)-Atom besteht,

welhes durh His

686 ,His

690 , Glu

735

sowie einWassermolekül tetraedrish koordiniertist.

1.2 Eisen(II)-haltige Enzyme

1.2.1 Einleitung

Niht-hämartige Eisen-haltigenEnzyme mitNNO-Motiv nden vorrangig bei oxidativen

Prozessen Anwendung. Zur Unterteilung der Reaktionsklassen wird die Position des

beteiligten Sauerstos in den Produkten nah Reaktionsende herangezogen. Monooxy-

genasen übertragen ein Sauerstoatom in das Produkt, während sih das zweite Atom

in einem Nebenprodukt wie z.B. Wasser wiederndet. Dioxygenasen übertragen ein ge-

samtes Sauerstomolekül, wobei anhand der Lage zwishen intra- und extramolekularen

Dioxygenasen untershieden wird. Im ersten Fall benden sih beide Sauerstoatome

an einem Produkt, im zweiten Fall an zwei Produkten. Zur letzten Gruppe gehören die

einfahen Oxygenasen, bei denen bei der Reaktion das Edukt oxidiert wird, ohne daÿ

eine Übertragung von Sauerstoauf das Substrat stattndet.

Fe(II)/O

2

-Aktivierung

4e

−

-oxidativerRingshluÿ Bsp.: Isopeniillin N-Synthase (IPNS)

H ₂ N

CO ₂ ^– O H N

O NH H CO ₂ ^– H HS

H ₂ N

CO ₂ ^– O H N

N S

CO ₂ ^– O

IPNS O ₂ H ₂ O

Asorbat-abhängige 2e

−

-

Oxidation

Bsp.: 1-Aminoylopropanarboxylat-Oxidase(ACCO)

ACCO, CO ₂ O ₂ ,

Ascorbat CO ₂ ^–

NH ₃ ⁺

2 H ₂ O, HCN, CO ₂ Dehydroascorbat

H H

H H

2-Oxoglutarat-abhängige Hydroxylierung Bsp.: Clavaminsäure-Synthase(CAS)

CAS O ₂ , 2-OG CO ₂ ,

Succinat

N NH NH ₂

O

CO ₂ ^–

NH ₂ ⁺

N NH NH ₂

O

CO ₂ ^–

NH ₂ ⁺

OH

2-Oxoglutarat-abhängige 4e

−

-Oxidation Bsp.: Clavaminsäure-Synthase (CAS)

CAS

O ₂ , 2-OG H ₂ O, CO ₂ Succinat

N O

N NH ₂

O

CO ₂ ^–

OH O

H H NH ₂

CO ₂ ^– CAS

O ₂ , 2-OG H ₂ O, CO ₂ Succinat

N O

O NH ₂

CO ₂ ^– N

O

O

H H NH ₂

CO ₂ ^–

Pterin-abhängige Hydroxylierung Bsp.: Phenylalanin-Hydroxylase (PheOH)

PheOH O ₂ ,

H ₄ -Pterin NH ₃ ⁺

CO ₂ ^–

NH ₃ ⁺ CO ₂ ^– H ₂ O, HO

H ₂ -Pterin

Extradiol-Spaltung Bsp.: 2,3-Dihydroxybiphenyl-1,2-Dioxygenase (BphC)

BphC, O ₂

HO OH

O

OH CO ₂ H

is-Dihydroxylierung Bsp.: Naphthalin-1,2-Dioxygenase (NDO)

NDO + Rieske

OH OH

O ₂ , NADH, H ⁺

NAD ⁺

H

·

-Abstraktion Bsp.: Bleomyin(BLM)

BLM, O ₂

DNA Basen-Propenale

Tabelle 1.1: Fe(II)-Oxygenasen.

Alle in Tabelle 1.1 aufgeführten Enzyme verwenden bei der Katalyse Sauersto.

[2,31,32℄

Dessen unkatalysierte Reaktion mit organishen Substanzen ist zwar thermodynamish

bevorzugt,erfolgtjedohsehrlangsam,dasiespinverbotenist.

[32℄

Inmononuklearenniht-

hämartigenEisen(II)-Enzymen werdensolhe Reaktionenübereinen High-Spin-Komplex

amEisen katalysiert. Dieseraktiviertdazuentweder denSauersto oder das Substrat.

[32℄

DiemeistendieserEnzymeverwendenzusätzlihalsCosubstrat

α

-KetoglutaratoderPte- rin, welhes dann in einer gekoppelten Reaktion zusammen mit dem eigentlihen Edukt

oxidiert wird.

Obwohl die Anzahl der vorhandenen Kristallstrukturen aus dem Bereih der niht-

hämartigen Eisen-Enzyme in den letzten Jahren sprunghaft zugenommen hat und so

eine gute Basis für deren Erforshung gegeben ist, gibt es dennoh Probleme bei der

Untersuhung der Reaktionenin den Proteinen.

Spektroskopishe Methoden spielen bei der Erforshung eine entsheidende Rolle, um

die molekularen Vorgänge in einem System zu erkunden. Da im aktiven Zentrum

niht-hämartiger Eisen-Enzyme vor allem Imidazole, Carboxylate und in seltenen Fäl-

len Phenolate am Metall koordiniert sind, ergeben sih Probleme bei den Messungen

von Absorptionsspektren. Im Gegensatz zu den hämartigen Proteinen ist die

π → π ^∗

^-

Absorptionsbande nur sehr shleht meÿbar. Die reduzierten Fe(II)-Kerne zeigen keine

CT-Absorptionsbanden undsind zudemmittelsESR oftnihtdetektierbar. Dieoxidierte

Spezies Fe(III) zeigt diese Problematik zwar niht, jedoh konnten die so gewonnenen

Informationennohniht sinnvollausgewertet werden.

1.2.2 Isopeniillin N-Synthase (IPNS)

Isopeniillin N-Synthase (IPNS) katalysiert den oxidativen Ringshluÿ des Tripeptids

δ

^-

(L-

α

-Aminoadipoyl)-L-Cysteinyl-D-Valin (ACV) mit Sauersto zu Isopeniillin N und zwei Wassermolekülen.

[33 38℄

Dieses stellt dieAusgangsverbindung für weitere Peniilline

und Cephalosporine dar.

H ₂ N

CO ₂ ^– O H N

O NH H CO ₂ ^– H HS

H ₂ N

CO ₂ ^– O H N

N S

CO ₂ ^– O

IPNS O ₂ H ₂ O

ACV Isopenicillin-N

Shema 1.5: Bildung von Isopeniillin N.

Die Struktur von IPNS wurde erstmals 1995 anhand einer Enzymvariante aufgeklärt,

bei der imaktiven Zentrum anstelledes Eisen(II)-Kernes Mangan eingebaut war.

[39℄

Die

Analyse der unmodizierten Struktur gelang letztendlih 1997.

[35℄

Shema 1.6 zeigt den

Reaktionsmehanismus von IPNS.

[36℄

Fe ^II Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄ H ₂ O

O H ₂ N Gln ₃₃₀

His ₂₇₀

+ ACV, - H ⁺ , - H ₂ O

-Gln ₃₃₀ Fe ^II

Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄

His ₂₇₀ NH-AS O

N H H S H

CH ₃ CH ₃ H

H

- O ₂ C

Fe ^III Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄

His ₂₇₀ NH-AS O

N H H S H

CH ₃ CH ₃ H

H

- O ₂ C

O O

Fe ^II Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄

His ₂₇₀ NH-AS O

N H S H

H CH ₃ H ₃ C

H

- O ₂ C

O HO Fe ^IV

Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄

His ₂₇₀ S H

CH ₃ H ₃ C

H

- O ₂ C

O N

O NH

H AS Fe ^II

Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄

His ₂₇₀ S H ₃ C

H ₃ C H

- O ₂ C

HO N

O NH

H AS

(a) (b)

(c)

(e) (f)

(g) (h)

Fe ^II Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄

His ₂₇₀ NH-AS O

N H S H

CH ₃ CH ₃ H

H

- O ₂ C

O HO

(d) Fe ^III

Asp ₂₁₆ H ₂ O

His ₂₁₄

His ₂₇₀ NH-AS O

N H S H

CH ₃ CH ₃ H

H

- O ₂ C

N O

+ NO

+ O ₂

- H ₂ O

Shema 1.6: Reaktionsmehanismusder Isopeniillin N-Synthase.

[36℄

ImerstenShrittwirddieintramolekulareBindungzwishenGln

330

unddemaktivenZen-

trum gespalten und die so freigewordene Koordinationsstelle durh das Substrat (ACV)

besetzt. Dieses bindet sih in Form eines Thiolates über eine

σ

-Donorbindung an das Metall. Im gleihen Shritt wird einWassermolekül abgespalten.Es entsteht soder okta-

edrishe Komplex (b), bei dem eine Koordinationsstelle unbesetzt bleibt. Diese wird im

weiterenVerlaufvoneinemSauerstomolekülunterBildung desradikalishenSuperoxids

()besetzt.DassoentstandeneZwishenproduktistinderLage,in

α

^{-PositionzumShwe-}

fel des Thiolates ein Wassersto zu abstrahieren. Es entsteht ein

η ¹

-gebundener Thioal-

dehyd (d). Aufgrund seiner räumlihen Lage ist das ebenfalls gebildete Hydroperoxid in

derLage,dieN-H-EinfahbindungambenahbartenAmidanzugreifen.UnterAbspaltung

eines Wassermoleküls bilden sih der

β

^{-Latamringund eine high-spin}Eisen(IV)-Spezies (f).DieseshohreaktiveZwishenproduktbewirktineinervermutlihradikalishenReak-

tion den Ringshluÿ zu Produkt (g). Als letztes erfolgtdie Abspaltung von Isopeniillin

N (IPN).

BeiBegasungdesIPNS-Fe-ACV-KomplexesmitNOentsteht irreversibelVerbindung(h).

VondieserSubstanz konnten ebenfallsRöntgenstrukturen angefertigtwerden.

[35℄

Anhand

der Lage des Stikoxids konnte die Position ermittelt werden, an der sonst Sauersto

gebunden wird und somit Zwishenprodukt () inShema 1.6belegtwerden.

1.2.3

α

-Ketoglutarat-abhängige Dioxygenasen

Die meisten bisher entdekten Eisen(II)-haltigen Enzyme mit NNO-Motiv gehören zur

Gruppe der

α

-Ketoglutarat-abhängigen Dioxygenasen.

[31,32℄

Typisherweise katalysieren

die Mitglieder dieser Gruppe die Oxidation unreaktiver C-H-Bindungen mit Sauersto

und spielen eine wihtige Rolle bei pharmazeutish interessanten oder in der Umwelt

bedeutenden Reaktionsmehanismen. Der Reaktionsmehanismus läÿt sih am Beispiel

vonDeaetoxyephalosporin C-Synthase (DAOCS) erklären.

Fe ^II H ₂ O H ₂ O

HO

H N N

NH N

His ₁₈₃

His ₂₄₃

O

O Asp ₁₈₅

- Produkt - CO ₂ - Succinat + 2 H ₂ O

Substrat

O ₂ Fe ^II N

O O N H ₂ O

O

O O

O Arg ₂₅₈

H N NH ₂ NH ₂

Ser ₂₆₀ OH

+ -

Fe ^IV N

O O N O

O

O R

O

Fe ^IV N

O O N

O O

R O

C O

Fe ^IV N

O O N

O O

R O

C O Produkt

Fe ^II N

O O N

O

R O

C O

2-Oxoglutarat 2 H ₂ O

H ₂ O

?

+ Substrat

Shema 1.7: Reaktionsmehanismus von DAOCS.

Im ersten Shritt verdrängt

α

-Ketoglutarat zwei Wassermoleküle am aktiven Zentrum.

Bindungen an Arg

258

und Ser

260

stabilisieren über Wasserstobrüken den so gebilde-

ten Komplex (b). Anshlieÿend wird das dritte koordinierte Wassermolekül abgespalten

und diefreigewordeneStelledurhSauerstobesetzt. Dieserreagiertunter Bildungeines

Peroxid-Komplexes () mit der Carbonylbindung des

α

-Ketoglutarats. Das so gebildete Zwishenprodukt zerfällt unter Bildung von CO

2

und Suinat und bildet die Fe(IV)-

Spezies (d). Im Falle von DAOCS ist der weitere Reaktionsverlauf noh ungeklärt. Die

hohreaktive Fe(IV)-Spezies ist jedoh in der Lage, in weiteren Reaktionsshritten ein

in der Nähe bendlihes Substrat zu oxidieren und so den eigentlihen Katalyseshritt

durhzuführen. Einige wihtige Vertreter sollen in den nähsten Abshnitten näher er-

klärt werden.

1.2.4 Deaetoxyephalosporin C-Synthase (DAOCS)

NebendenPeniillinenzählenCephalosporinezudenmeistverwendetenAntibiotikainder

Medizin.Die Bio-SyntheseerfolgtebenfallsausACVund verläuft inden erstenShritten

analog zur Peniillin-Biosynthese. Nahdem mit Hilfe einer Epimerase aus Isopeniillin

N Peniillin N gebildet wurde, setzt Deaetoxyephalosporin Synthase (DAOCS) die-

se Substanz zum Deaetoxyephalosporin C um. Bei der Reaktion wird der 5-gliedrige

Thiazolidin-Ringzu einem6-gliedrigenCeph-3-em-Ringerweitert.1998 konnten erstmals

Röntgenstrukturen des Enzyms sowie des

α

-Ketoglutarat-gebundenen Enzyms gemessen werden.

[40℄

DAOCS

– OOC COO ^–

2-OG N S

+ H ₃ N

CO ₂ ^– O

O CO ₂ ^–

H ⁺ H ₃ N N

CO ₂ ^– O O H

S

CO ₂ H

Shema 1.8: Bildung von Deaetoxyephalosporin C.

1.2.5 Clavaminat-Synthase (CAS)

Kurz nah Einführung der ersten Antibiotika entwikelten eine Vielzahl von Bakteri-

enstämmen Resistenzen gegen diese Wirkstoe. Sie erreihen dies durh Abbau des

β

^-

Latam-Ringes,welhersihunteranderemimPeniillinwiederndet.DadieEntwiklung

von Stoen, die durh die

β

^{-Latamase niht zerstört werden, nur zu geringen Erfolgen}

führte, wurden neue Wege eingeshlagen. Anstelle bei der Synthese von Wirkstoen auf

eine höhereWiderstandskraftgegendieZersetzungzu ahten, begannmanmitderSuhe

nah Latamase-Inhibitoren.

Bei der wihtigsten Substanz, die bisher gefunden wurde, handelt es sih um einen Na-

tursto, die Clavulansäure. Sie fungiert als Suiide-Inhibitor und reagiert irreversibel in

einem komplexen Reaktionsmehanismus mit Serin-

β

^{-Latamase.[41℄ Durh Beigabe des}

Inhibitorszum eigentlihen Antibiotikumkann sodessenursprüngliheWirksamkeitwie-

der hergestelltund dieKrankheitwieder eektiv bekämpftwerden.

CAS, dessen Struktur 2000 aufgeklärt werden konnte, [41℄

zählt ebenfalls zu den

α

^-

Ketoglutarat-abhängigenEnzymen.CASbestehtimaktivenZentrumauseinemEisen(II)-

Kern, welher von His

144 , His

279

und Glu

146

sowie im inaktiven Zustand von drei Was-

sermolekülenannäherndoktaedrishkoordiniertwird.Eskatalysiertdreiuntershiedlihe

oxidativeReaktionenbeiderBildungvonClavulansäure(sieheAbbildung1.9),demwih-

tigsten Serin-

β

-Latamase-Inhibitor.

[41℄

CAS O ₂ , 2-OG CO ₂ ,

Succinat

N NH NH ₂

O

CO ₂ ^–

NH ₂ ⁺

N NH NH ₂

O

CO ₂ ^–

NH ₂ ⁺ OH

CAS

O ₂ , 2-OG H ₂ O, CO ₂ Succinat

N O

N NH ₂

O

CO ₂ ^–

OH O

H H NH ₂

CO ₂ ^– CAS

O ₂ , 2-OG H ₂ O, CO ₂ Succinat

N O

O NH ₂

CO ₂ ^– N

O

O

H H NH ₂

CO ₂ ^–

Shema 1.9: Von CAS katalysierteReaktionen.

Der Abbaudes Cosubstrats verläuft nahdem gleihen Shema wiebeiDAOCS (Shema

1.7, Seite 16).

[41℄

α

-Ketoglutarat und Sauersto verdrängen in den ersten zwei Shrit- ten drei amaktiven Zentrumgebundene Wassermoleküleund reagieren miteinanderzum

Peroxid-Komplex (1.7, (a)

→

^{(d)). In einer} Ringspaltungsreaktion bilden sih CO 2

, Su-

inat und der reaktive Fe(IV)-Komplex (e). Die weiteren Shritte sind niht bekannt.

Es sollte jedoh unter Abspaltung von CO

2

und Oxidation des Substrats das Produkt

gebildet werden((e)

→

^(f)).

1.2.6 Weitere

α

-Ketoglutarat-abhängige Enzyme

2,4-DihlorphenoxyessigsäureDioxygenase (TfdA) 2,4-Dihlorphenoxyessigsäure

Dioxygenase katalysiert den ersten Shritt beim Abbau des Herbizids 2,4-Di-

hlorphenoxyessigsäure (a) (2,4-D).

[42℄

Bei der Reaktion wird die Aetatoseitenkette

hydroxyliert. Das dabei entstehende Produkt (b) zerfällt anshlieÿend spontan in 2,4-

Dihlorphenol () und Glyoxalat(d).

O CO ₂ ^– Cl

Cl

TfdA + α -KG / O ₂

O CO ₂ ^– Cl

Cl OH

- OG / CO ₂

OH Cl

Cl

CO ₂ ^– CHO +

PSfrag replaements

(a) (b) () (d)

Shema 1.10: Von TfdAkatalysierterAbbau von2,4-Dihlorphenoxyessigsäure.

Taurin Dioxygenase (TauD) Taurin Dioxygenase katalysiert den Abbau von Taurin

(a) zu Aminoaetaldehyd(b) und Sult (). Es erlaubt z.B. dem Bakterium Esherihia

oli,dasinder NaturweitverbreiteteTaurinalsShwefelquellezu nutzen.

[43℄

Dieröntgen-

strukturelle Aufklärungdes Enzyms 2002liefertedaher Rükshlüsseund Vergleihsmög-

lihkeitenmitanderen

α

-KG-abhängigenEnzymenwieCAS oder TfdA.Sequenzanalysen dieser Enzyme zeigen eine nahe Verwandtshaft zu TauD.

[43℄

TauD + α -KG / O ₂ - OG / CO ₂

H ₂ N SO ₃ ^– H ₂ N SO ₃ ^–

OH

H ₂ N O

+ HSO 3 –

PSfrag replaements

(a) (b) ()

Shema 1.11: Abbau vonTaurin durhTauD.

1.2.7 Prolin- und Prolyl-Hydroxylasen

Prolyl-4-Hydroxylase spielt eine Rolle beim Aufbau von Collagen.

[44℄

Eine Überfunkti-

on führt zu Krankheiten wie Leberzirrhose oder Arthritis. Zur vollen Funktion benötigt

das Enzym zudem Asorbat. EinMangel an Vitamin Cführt zur Unterfunktion des En-

zyms und Skorbut. trans-Prolin-4-Hydroxylase katalysiert die Umsetzung von Prolin zu

trans-4-Hydroxyprolin.DiesesdientnahderAufarbeitungalswihtigesEduktfürweitere

Produkte der Pharmaindustrie.

1.2.8 Extradiol-spaltende Catehol-Dioxygenasen

OH OH

O ₂ Fe ^III

Fe ^II

COOH COOH

O O O

COOH CHO

OH O

intradiol

extradiol

Abbildung 1.2: Intra- und extradioleoxidative Spaltung von Cateholen.

Enzyme, welheinder Lagesind, stabilearomatisheRinge zuspalten,spieleneine groÿe

RollebeimAbbau von Shadstoen wie polyhlorierten Biphenylen(PCB) inder Natur.

Dabei untersheiden sih grundsätzlih zwei Gruppen im Aufbau und in der durhge-

führten Reaktion voneinander. Intradiol spaltende Enzyme besitzen als aktives Zentrum

einen Eisen(III)-Kern, welher von zwei Histidinen und einem Tyrosin koordiniertwird.

Extradiol spaltende Enzyme dagegen zeigen dagegen das (His)

2

(Asp/Glu)-Motiv mit

einem Fe(II)-Kern als Metallzentrum.

[31℄

Zur Gruppe der extradiol spaltenden Catehol-Dioxygenasen zählen unter anderem

2,3-Dihydroxybiphenyl 1,2-Dioxygenase (BphC bzw. DHBD),

[31,4547℄

Catehol 2,3-

Dioxygenase (MPC), [31,48℄

3,4-Dihydroxyphenylaetat 2,3-Dioxygenase (HPCD) [31℄

und

Protoatehutat 4,5-Dioxygenase (LigAB).

[31℄

Fe ^II

Glu ₂₆₀ H ₂ O

His ₂₀₉ H ₂ O

His ₁₄₅

O Fe ^II

Glu ₂₆₀ O

His ₂₀₉ His ₁₄₅ H

HN N

His ₁₉₄

HN N

His ₁₉₄

O Fe ^II

Glu ₂₆₀ O

His ₂₀₉

His ₁₄₅ NH ⁺

HN

His ₁₉₄

O O

O Fe ^II

Glu ₂₆₀ O

His ₂₀₉ His ₁₄₅ NH ⁺

HN

His ₁₉₄ O O O

Fe ^II

Glu ₂₆₀ His ₂₀₉

His ₁₄₅ NH ⁺

HN

His ₁₉₄

O O

O HO ₂ C H

O HO

OH OH

Abbildung 1.3: Postulierter Mehanismus für BphC.

[45℄

Motiv

2.1 Tripodale Liganden

Neben UntersuhungenandenProteinenselbstbildenModellkomplexeeinezweitewihti-

geBasiszurAufklärungderVorgängeinEnzymen.DiesogewonnenenKenntnissekönnen

einerseits für die gezieltere Entwiklung von Inhibitoren eingesetzt werden, bieten aber

auh dieMöglihkeit, katalytishe Vorgänge aufnihtbiologishe Systeme zu übertragen.

Neben diesenMöglihkeiten bietenModellkomplexezudem Vorteilegegenüber den biolo-

gishenVorbildern.AufgrundihrerGröÿesindsiemithemishenMittelnsynthetisierbar,

einfaher handhab- und untersuhbar und könneninihrer Struktur unddamit inden Ei-

genshaften variiert werden. Aus diesem Grund werden seit längererZeit eine Reihe von

Ligandensystemen

[3,31,32,49℄

zur Darstellung solher Modellkomplexeherangezogen.

2.1.1 Hydrotrispyrazolylborate (Tp)

Die von Tromenko entwikelten Trispyrazolylborate gehören zu den meistverwende-

ten tripodalen Liganden. So existieren eine groÿe Vielzahl an Zink(II)- und Eisen(II)-

Komplexen,diemitdiesemTypvonLigandenerzeugtwurden.DieSynthesederKomplexe

erfolgtdabeiübereinenIonenaustaush.DabeiwirdeinSalzdesLiganden,typisherweise

mitKaliumoderThalliumalsKation,miteinemSalz desgewünshten Übergangsmetalls

versetzt und so die Zielverbindung erzeugt. Es ergeben sih so Verbindungen bei denen

Tp alseinfah geladener kationisher Ligand über drei Stikstoe am Metallkoordiniert

ist.

N N B N N

R' R'

R

R M

R + MR ₂

N N B

R'

R R''

3 –

K ⁺

- KR

R'' N

3 N

5

PSfrag replaements

Abbildung 2.1: AllgemeineSyntheseroute von Tp-Komplexen.

Tp-Liganden weisen wie andere Tripod-Liganden auh einige Probleme auf. Soimitieren

die drei Pyrazolgruppen, überwelhe die Bindungenam Zentralmetallerfolgen, eine N 3

-

Koordinationssphäre. Diese weist jedoh niht das gewünshte NNO-Motiv der faialen

2-His-1-CarboxylatTriadeauf.Der LigandselbstmuÿmitsperrigeShutzgruppen inPo-

sition 5 (R')gegenüber Hydrolyse geshützt werden. In einigenliteraturbekannten Rönt-

genstrukturen tauht amMetallzentrumeinzusätzliher Pyrazolligandauf,welher niht

zum Tp gehört.Dies beruht auf Zersetzungsreaktionen während der Kristallisation [50,51℄

.

Sperrige Shutzgruppen in Position 3 (R) verhindern letztendlih eine zweifahe Koordi-

nationdesLigandenamMetall.WirdamMetallalszweiterLigandeinsterishanspruhs-

volleroderübermehrereAtomekoordinierterRestgebunden,kommtesunterUmständen

zur Spaltung einer Pyrazol-Metall-Bindung.Tp liegt dann nurals

η

²-koordinierenderLi- gand vor(Abbildung 2.2).

[52℄

N N B N N

Me Me

Zn NH N

O ₂ N

O i Pr

Ph Ph

N

N Me Ph

Abbildung 2.2: EinTp-Leuin-Zink(II)-Komplexmit

η

²-koordiniertemTp-Liganden.

[52℄

2.1.2 Tris(pyrid-2-yl-methyl)amine (TPA)

Tris(pyrid-2-yl-methyl)amin(TPA)sowie diedurhSubstitutionamPyridinringentstan-

denenVariantenstelleneineweitereGruppetripodalerLigandendar.Siendenvorrangig

im Bereih der Modellkomplexe für niht-hämartige eisen-haltige Enzyme Anwendung.

Die Gruppe um Lawrene Que Jr. arbeitet seit längererZeit mitTPA und konnte damit

einige interessante Ergebnisse imBereih der Bioanorganik präsentieren.

N N N N

R ₁

R ₂

R ₁

R ₂

R ₂ R ₁

N N

N N

TPA: R ₁ = R ₂ = H

5-Me ₃ -TPA: R ₁ = Me, R ₂ = H 3-Me ₃ -TPA: R ₁ = H, R ₂ = Me

6-Me-TPA: R ₁ = Me, R ₂ = H 6-Me ₂ -TPA: R ₁ = H, R ₂ = Me 6-Me ₃ -TPA: R ₁ = R ₂ = Me R ₁

R ₂

R ₂

Abbildung 2.3: Übersihtüber häug verwendete TPA-Varianten.

[31,53℄

Die Synthese derKomplexe verläuft inzweiStufen. ImerstenShritt wird zumLiganden

ein Übergangsmetallsalz mit niht koordinierenden Anionen gegeben und so das Metall

am Liganden koordiniert. Im zweiten Shritt erfolgt ein Anionenaustaush gegen einen

koordinierenden Rest. Beispiele hierfür sind Thiolate und Aetate. Es bildet sih so die

erwünshte Zielverbindung.

N R

R'

3

+ Fe(ClO ₄ ) ₂

2 ⁺

(ClO ₄ ) ₂ + KX - KClO ₄ N

N R

R'

3 N

Fe

+

ClO ₄ N

R R'

3 N

Fe X

R'' R'' R''

Abbildung 2.4: Synthese von TPA-Eisen-Komplexen.

[31℄