@phdthesis{Heckel2004,
  author    = {Heckel, Frank},
  title     = {Biokatalytische enantioselektive Sulfoxidation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12415},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit war die Anwendung intakter Mikroorganismen auf organische Sulfide zur asymmetrischen Synthese von optisch aktiven Sulfoxiden. Die im Vergleich zu den aufwendigen und teueren Reaktionen mit isolierten Enzymen besonders effizienten Rahmenbedingungen bei sogenannten `whole-cell´-Umsetzungen stellten den Grund f{\"u}r die Bem{\"u}hungen in dem stetig an Bedeutung gewinnenden Arbeitsfeld der Bioorganischen Chemie dar. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Studien sind im Folgenden zusammengefasst: 1. Die Mikroorganismen wurden isoliert, singularisiert und kultiviert. Eine Bodenprobe diente als Quelle f{\"u}r eine Vielzahl an Bakterien, Hefen und Pilzen, die mit dem Standardsubstrat Thioanisol auf ihre F{\"a}higkeit zur enantioselektiven Sulfoxidation {\"u}berpr{\"u}ft wurden. 2. Insgesamt sind sechs Keime nach standardisierten Methoden genotypisch charakterisiert und den entsprechenden Spezies zugeordnet worden. Die beiden Bakterienst{\"a}mme mit den bei der Sulfoxidation h{\"o}chsten Enantiomeren-{\"u}bersch{\"u}ssen (ee-Werten), n{\"a}mlich Arthrobacter aurescens (bildete das S-Enantiomer) und Pseudomonas frederiksbergensis (lieferte das R-Enantiomer), wurden f{\"u}r nachfolgende Biosynthesen verwendet. Pseudomonas frederiksbergensis war der einzige Stamm, der das R-Enantiomer im {\"U}berschuss produzierte. 3. Durch direkte Vergleiche der Biosyntheseleistung der isolierten Bakterien mit kommerziell erh{\"a}ltlichen Referenzst{\"a}mmen wurde im Fall von Pseudomonas frederiksbergensis gezeigt, dass sich Bodenisolat und zugeordneter Referenz-stamm gegens{\"a}tzlich enantioselektiv verhalten. Weitere Charakterisierungs-sonden (Farb- und Assimilationsreaktionen, Oberfl{\"a}chenfetts{\"a}ureverteilung, „Siderophore-Typing" und direkter rRNA Vergleich) sicherten die Zugeh{\"o}rigkeit beider Bakterienst{\"a}mme als Pseudomonas frederiksbergensis-Spezies; keinerlei Unterschiede wurden zwischen den beiden St{\"a}mmen festgestellt. Zum ersten Mal werden somit zwei nat{\"u}rliche, nicht genetisch manipulierte St{\"a}mme von Pseudomonas frederiksbergensis beschrieben, deren Enzymaktivit{\"a}t eine entgegengesetzte Enantioselektivit{\"a}t in der mikrobiellen `whole-cell´ asym-metrischen Sulfoxidation aufweist. 4. In einem umfangreichen Substratscreening sind strukturvariierte organische Sulfide als Substrate zur bakteriellen Sulfoxidation eingesetzt worden. Anhand der ee-Werte wurde der Einfluss der Sulfidstruktur auf den Reaktionsverlauf bestimmt. Generell erwiesen sich Arylalkylsulfide als optimale Substrate f{\"u}r die bakterielle Sulfoxidation mit den isolierten und kommerziell erworbenen St{\"a}mmen von Arthrobacter aurescens und Pseuodomonas frederiksbergensis; aliphatische Sulfide wurden zur biokatalytischen Umsetzung nicht akzeptiert. 4a. Elektronenreiche para-Substituenten am Arylsystem ergaben teilweise enantio-merenreine Sulfoxide. 4b. Eine zunehmende Anzahl an Stickstoffatomen im Arylring (N-heterozyklische Grundstruktur) f{\"u}hrte zu einer dramatischen Verringerung des ee-Wertes. 4c. Schwefelhaltige Furfuryle und Thiophene wurden nicht als Substrate f{\"u}r die enantioselektive Sulfoxidation akzeptiert. 4d. Der Einsatz schwefelhaltiger Pestizide in der Biokatalyse verlief erfolglos, allerdings wurden die Organophosphorpestizide Fenamiphos® und Fenthion® mit dem aus Sulfoxidationsreaktionen lange bekannten Enzym Chlorperoxidase (CPO) enantiomerenangereichert umgesetzt. 4e. Die biotechnologisch wichtige Anwendung der asymmetrischen Sulfoxidation in der Arzneistoffsynthese -hier versucht mit den Wirkstoffen Omeprazol® und Modafinil®- schlug fehl. 5. Der Einsatz eines Bioreaktors (Fermenter) schuf die Grundlage f{\"u}r k{\"u}nftige asymmetrrische Sulfoxidationen in pr{\"a}parativem Maßstab. Eine Zellzahlstudie mit Pseudomonas frederiksbergensis wurde durchgef{\"u}hrt; ferner erfolgten Bestimmungen der optimalen Fermentationsparameter am Beispiel einfach strukturierter, organischer Sulfide inklusive Blindwerts- und Hemmversuchen. Die toxischen Einfl{\"u}sse auf die bakteriellen `whole-cell´-Systeme, die vom eingesetzten Sulfid sowohl als auch vom produzierten Sulfoxid verursacht werden, bed{\"u}rfen besonderer Beachtung bei einer weiteren Bearbeitung dieses Themas. Das vorgestellte, neue Ph{\"a}nomen der asymmetrischen Sulfoxidation mit entgegenge-setzter Enantioselektivit{\"a}t durch zwei geno- und ph{\"a}notypisch identische Spezies von Pseudomonas frederiksbergensis rechtfertigt eine weitere, intensive Suche nach derartigen, nat{\"u}rlichen Mikroorganismen.},
  subject      = {Organische Sulfide},
  language  = {de}
}