Kombinatorische und evolutionsgesteuerte Methoden zur Bildung enantioselektiver Katalysatoren

Kombinatorische Methoden in der Entwicklung enantioselektiver homogener Katalysatoren stellen einen neuen Zweig der Katalyseforschung dar. Ziel ist es, Bibliotheken möglicher asymmetrischer Katalysatoren herzustellen und nicht dem traditionellen Ansatz folgend einen Katalysator nach dem anderen zu untersuchen. Verschiedene konzeptionelle Fortschritte in der parallelen Herstellung chiraler Liganden sind beschrieben worden. Die derzeit bedeutsamsten Systeme bestehen aus modular aufgebauten Liganden auf festen Trägermaterialien. Sie bieten einen hohen Grad an struktureller Diversität und maximieren somit die Wahrscheinlichkeit, enantioselektive Katalysatoren oder sogar neue Ligandenklassen für die asymmetrische Katalyse zu finden. Suchstrategien wurden entwickelt, die unter anderem zu Katalysatoren führten, die mit traditionellen Methoden wahrscheinlich nicht gefunden worden wären. Die konsequente Anwendung solcher Strategien beinhaltet Tausende von Katalysatoren und erfordert Hochdurchsatz‐Screeningsysteme zum Bewerten der Enantioselektivität. So wurden die ersten Hochdurchsatz‐ ee ‐Screeningsysteme für die Anwendung in der gerichteten Evolution enantioselektiver Enzyme entwickelt; diese Screeningsystem basieren auf einer „Evolution im Reagensglas“ und stellen eine Kombination der Methoden der Zufallsmutagenese, der Genexpression und des ee ‐Assays dar. Da wahrscheinlich kein Screeningsystem universell anwendbar ist, sind verschiedene Ansätze notwendig. Diese umfassen bis heute Assays, die auf UV/Vis, Fluoreszenz, Circulardichroismus, Massenspektrometrie und sogar entsprechend modifizierter Gaschromatographie sowie speziellen Formen der Kapillarelektrophorese aufbauen. Eines der leistungsfähigsten Systeme, mit dem ungefähr 1000 genaue ee ‐Bestimmungen pro Tag möglich sind, beruht auf der massenspektrometrischen Detektion deuteriummarkierter Pseudoenantiomere und pseudoprochiraler Verbindungen. Allerdings ist der Assay auf kinetische Racematspaltungen und/oder Reaktionen prochiraler Verbindungen, die enantiotope Gruppen tragen, beschränkt. Ein Super‐Hochdurchsatz‐Screening auf Enantioselektivität ist in vielen Fällen durch Anwendung chiral modifizierter parallelisierter Kapillarelektrophorese möglich. Damit können 7000 bis 30 000 ee ‐Bestimmungen pro Tag durchgeführt werden. Diese und andere analytische Entwicklungen werden voraussichtlich weitere Forschungsarbeiten in der kombinatorischen Suche nach asymmetrischen homogenen Katalysatoren und in der gerichteten Evolution enantioselektiver Enzyme für Anwendungen in der Organischen Chemie stimulieren.