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Bridging the gap between supramolecular chemistry and current synthetic challenges: Developing artificial catalysts for the tail-to-head terpene cyclization

Projektbeschreibung

Kopf-Schwanz-Terpenzyklisierung: Neue Katalysatoren steuern Substratkonformation

Die Terpene bilden eine Familie natürlicher bioaktiver Verbindungen, die bei der Entwicklung lebensrettender Arzneimittel eine wichtige Rolle gespielt haben. Die meisten von ihnen sind zyklische Terpene, die in der Natur mithilfe von Enzymen durch Kopf-Schwanz-Terpenzyklisierung entstehen. Die Entwicklung von Katalysatoren für diese Aufgabe stellt eine Herausforderung dar, die im Rahmen des ERC-finanzierten Projekts TERPENECAT angegangen wird. Ziel ist die Entwicklung einer neuen Klasse von selbstorganisierenden Katalysatoren, deren aktive Stellen modifiziert werden können und die in der Lage sind, die Konformation des Substrats zu steuern, um die Selektivität des Zyklisierungsprozesses zu gewährleisten. Mithilfe dieser Katalysatoren soll projektintern die Synthese weiterer Terpene für den Einsatz als Wirkstoffe möglich werden, die derzeit nicht zugänglich sind.

Ziel

Nature is a rich source of biologically active molecules, among which the largest and most diverse group of natural products are terpenes. Essential drugs like the cancer medication taxol/paclitaxel or the malaria drug artemisinin belong to the terpene family. They are efficiently formed in nature through a so-called tail-to-head terpene cyclization. Chemists are not able to mimic this process with man-made catalysts. This proposal aims at closing this significant research gap by utilizing supramolecular chemistry. Learning how to design such complex catalysts will not only enable us to mimic natural enzymes, but to enter uncharted territory of terpene chemistry.

The main objective is the development of selective catalysts for terpene cyclizations. This certainly poses the greatest challenge within this proposal. Therefore, two independent work packages were devised to tackle this challenge. A novel class of self-assembled catalysts will be developed which are able to control the conformation of the substrate, thereby allowing for selectivity in the cyclization process. The active site of these catalysts can be modified to selectively produce the desired terpene product. Additionally, dynamic covalent chemistry will be employed to construct covalent catalyst structures.

As the second objective, this proposal aims to greatly expand the natural variety of terpenes by utilizing unnatural terpene cyclization precursors. Utilizing the catalysts developed from objective 1, unprecedented artemisinin drug derivatives, which are not accessible via other routes, will be synthesized.

This project will provide catalysts which are able to predictably constrain the conformation of the substrate. Such control is not possible with state-of-the-art catalyst systems. Therefore, I anticipate that this project will open up new horizons in the fields of catalysis and organic synthesis.

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

Gastgebende Einrichtung

UNIVERSITAT BASEL
Netto-EU-Beitrag
€ 1 500 000,00
Adresse
PETERSPLATZ 1
4051 Basel
Schweiz

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Region
Schweiz/Suisse/Svizzera Nordwestschweiz Basel-Stadt
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 1 500 000,00

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