Gezielte Herstellung synthetischer Polymere
In lebenden Zellen erfolgt die Transkription nach einer Vorlage, der so genannten Messenger-RNA (mRNA), die für das Protein kodiert und die Aminosäurebausteine im Ribosom organisiert. Das EU-finanzierte Projekt MOLFACTORY (Towards a ‘molecular factory’: Processive sequence-selective synthesis with a synthetic molecular machine) entwickelte daher eine synthetische molekulare Maschine auf Basis von [2]Rotaxan. Rotaxan ist ein hantelförmiges Molekül, das durch eine ringförmige Struktur, den so genannten Makrozyklus gezogen ist. Die Enden der Hantel sind oft größer als der Innendurchmesser des Rings, was ein Aufdrehen verhindert und die ungewöhnliche Form intakt hält. Bei der MOLFACTORY-Maschine wirkt der Makrozyklus sowohl als Katalysator als auch molekularer Transporter. Im Wesentlichen entfernt er größere aromatische Aminosäuresubstituenten aus einem sequenzspezifischen Abschnitt und transportiert sie zur nächsten Aminosäure, bevor die Amidbindung zwischen ihnen katalysiert wird. Die künstliche molekulare Maschine sorgt damit für die richtige Reihenfolge der Monomere. An das Ende jeder Strecke wurde ein Farbstoffmolekül angehängt, das die Fluoreszenzintensität verändert, wenn alle Einheiten angefügt sind und die Bindung gebildet wurde. Weitere Arbeiten werden zeigen, auf welche Weise dies gelingen kann. Das Team optimierte den Syntheseweg und bestimmte die chemische Struktur der Hauptkette der Maschine. Dann wurden Tyrosinbarrieren erzeugt, die mit Alkin und Azid (jeweils mit unterschiedlichen Aminosäuren) funktionalisiert wurden, und im Anschluss daran Amidkopplung und sequentielle Kupfer-katalysierte Huisgen-Cycloaddition durchgeführt. Mittels Aktivmetall-Template-Verfahren wurde Rotaxan mit verschiedenen Aminoester-Barrieren konstruiert, um die Produkte dann mittels NMR-Spektroskopie zu charakterisieren. Die Aktivierung und Funktionsfähigkeit der Maschine wurde anschließend über Entfernen der protektiven Gruppen erreicht. MOLFACTORY erweiterte damit deutlich den jetzigen Stand der Technik bei der Entwicklung synthetischer molekularer Maschinen. Auf dieser Basis können nun Maschinen konstruiert werden, die Oligomere und Polymere nach Bedarf fertigen. Der Einsatzbereich in der Industrie ist breit und umfasst Weichmacher, biomedizinische Produkte und Herstellung genetischer Werkzeuge für die Forschung und pharmazeutische Verwendung.
Schlüsselbegriffe
Synthetisches Polymer, Herstellung, Rotaxan, Katalysator, Amid
