Laccasen in der organischen Synthese

In Anbetracht immer knapper werdender natürlicher Ressourcen sowie einer rapide wachsenden
Weltbevölkerung, steht besonders die chemische Industrie, unter dem Gesichtspunkt
der Nachhaltigkeit, der Umwelt und der Gesellschaft gegenüber in einer großen
Verantwortung. Angesichts dessen stellt gerade die Biokatalyse als Schlüsseltechnologie
des 21. Jahrhunderts eine vielversprechende Alternative zu bereits etablierten chemischen
Methoden dar. Gerade zur Knüpfung neuer C-C-Bindungen für die Darstellung
hochfunktionalisierter chiraler Schlüsselintermediate herrscht in der Chemieindustrie
großer Bedarf an geeigneten Biokatalysatoren.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Eignung von Laccasen als Biokatalysatoren in der
organischen Synthese evaluiert. Unter dem Aspekt einer „grünen“ Chemie wurde untersucht,
inwiefern die Verwendung von Laccasen eine umweltfreundliche Alternative zu
rein chemischen Verfahren bietet. Zu Beginn wurde mit Hilfe kommerziell verfügbarer
Pilzlaccasen unter milden Reaktionsbedingungen und mit Luftsauerstoff als Oxidationsmittel
eine neue Substanzklasse der 3-arylierten 3,4-Dihydrocumarine in einer oxidativen
Michael-Addition dargestellt. Dieses Verfahren konnte darüber hinaus erfolgreich mit
einem hydrogenolytischen Flusssystem in einer konsekutiven Ein-Topf-Sequenz kombiniert
werden. In einem weiteren Projekt konnte durch Anwendung einer alkalophilen
bakteriellen Laccase eine Laccase-katalysierte Michael-Reaktion zum ersten Mal in
einem basischen Reaktionsmilieu entwickelt werden. Unter Beibehaltung der Regiound
Diastereoselektivität, konnten hierbei die Reaktionsbedingungen im Vergleich zur
Anwendung von acidophilen Pilzlaccasen signifikant verbessert werden. Schließlich
konnte überdies die generelle Anwendbarkeit dieser bakteriellen Laccase anhand der
Evaluierung zahlreicher Nukleophile aufgezeigt werden. Eine Induktion von Stereoselektivität
und somit ein Einsatz von Laccasen zur asymmetrischen Katalyse war ein
weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit. Hierzu konnte in Kombination mit der Organokatalyse
über eine kovalente Aktivierung mit Hilfe von sekundären Aminen eine asymmetrische
a-Arylierung von Aldehyden in einer Reaktionskaskade entwickelt werden.