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Carboxylierungen unter Verwendung von CO 2 als C 1 -Baustein finden großen Anklang in der nachhaltigen Produktion von Chemikalien.[1] Bis heute werden allerdings nur wenige CO 2 -Fixierungsverfahren im industriellen Maßstab durchgeführt, da ein beträchtlicher Energieaufwand fürd ie Aktivierung der Substrate bençtigt wird. Die Entwicklung und Erforschung von Biokatalysatoren, [2] die unter milden Bedingungen in wässrigem Medium eingesetzt werden kçnnen, erlangten innerhalb der letzten Jahre große Bedeutung als attraktive Alternative zu chemischen Prozessen. [1,3] Während die biokatalytische Carboxylierung von Aldehyden (TPPabhängige Pyruvat-Decarboxylasen), [4] Epoxiden (EpoxidCarboxylase aus Xanthobacter sp.) [5] und Heteroaromaten wie Pyrrolen (Pyrrol-2-carboxylat-Decarboxylase aus Bacillus megaterium) [6] und Indolen (Indol-3-carboxylat-Decarboxylase aus Arthrobacter nicotianae)[2e] auf die natürlichen Substrate beschränkt ist, wurden vielversprechende Ergebnisse in der Biocarboxylierung von Phenolen und Styrolen erzielt. ortho-Benzoesäure-Decarboxylasen und Phenolsäu-re-Decarboxylasen weisen eine weniger strikte Substratspezifitäta uf und wurden unter Beibehaltung ihrer exzellenten Regioselektivitätz ur ortho-b zw. b-Carboxylierung von verschiedenen Phenolen [7] und Styrolen [8] eingesetzt. Anfangs wurde nach geeigneten Enzymen gesucht, um das Repertoire an Biokatalysatoren speziell fürd ie regioselektive para-Carboxylierung von Phenolen zu erweitern. Viele der bereits beschriebenen Enzyme bençtigen entweder eine der Carboxylierung vorgelagerte ATP-abhängige Aktivierung (Phosphorylierung) der Substrate (PhenylphosphatCarboxylasen) [9] oder zeigen, speziell als Reinenzym, einen rapiden Aktivitätsverlust unter aeroben Bedingungen (4-Hydroxybenzoat- [10] und 3,4-Dihydroxybenzoat-Decarboxylasen [2d,11] ). All das und die Tatsache,d ass viele Enzyme ein-
Carboxylierungen unter Verwendung von CO 2 als C 1 -Baustein finden großen Anklang in der nachhaltigen Produktion von Chemikalien.[1] Bis heute werden allerdings nur wenige CO 2 -Fixierungsverfahren im industriellen Maßstab durchgeführt, da ein beträchtlicher Energieaufwand fürd ie Aktivierung der Substrate bençtigt wird. Die Entwicklung und Erforschung von Biokatalysatoren, [2] die unter milden Bedingungen in wässrigem Medium eingesetzt werden kçnnen, erlangten innerhalb der letzten Jahre große Bedeutung als attraktive Alternative zu chemischen Prozessen. [1,3] Während die biokatalytische Carboxylierung von Aldehyden (TPPabhängige Pyruvat-Decarboxylasen), [4] Epoxiden (EpoxidCarboxylase aus Xanthobacter sp.) [5] und Heteroaromaten wie Pyrrolen (Pyrrol-2-carboxylat-Decarboxylase aus Bacillus megaterium) [6] und Indolen (Indol-3-carboxylat-Decarboxylase aus Arthrobacter nicotianae)[2e] auf die natürlichen Substrate beschränkt ist, wurden vielversprechende Ergebnisse in der Biocarboxylierung von Phenolen und Styrolen erzielt. ortho-Benzoesäure-Decarboxylasen und Phenolsäu-re-Decarboxylasen weisen eine weniger strikte Substratspezifitäta uf und wurden unter Beibehaltung ihrer exzellenten Regioselektivitätz ur ortho-b zw. b-Carboxylierung von verschiedenen Phenolen [7] und Styrolen [8] eingesetzt. Anfangs wurde nach geeigneten Enzymen gesucht, um das Repertoire an Biokatalysatoren speziell fürd ie regioselektive para-Carboxylierung von Phenolen zu erweitern. Viele der bereits beschriebenen Enzyme bençtigen entweder eine der Carboxylierung vorgelagerte ATP-abhängige Aktivierung (Phosphorylierung) der Substrate (PhenylphosphatCarboxylasen) [9] oder zeigen, speziell als Reinenzym, einen rapiden Aktivitätsverlust unter aeroben Bedingungen (4-Hydroxybenzoat- [10] und 3,4-Dihydroxybenzoat-Decarboxylasen [2d,11] ). All das und die Tatsache,d ass viele Enzyme ein-
Rolf Huisgen hat vor 60 Jahren das Konzept der 1,3‐dipolaren Cycloaddition vorgestellt und dabei bis dahin unbekannte reaktive Zwischenstufen, wie z. B. Azomethinylide, in die organische Chemie eingeführt. Danach entwickelten sich die (3+2)‐Cycloadditionen von 1,3‐Dipolen an Mehrfachbindungssysteme (Huisgen‐Reaktion) zu einer der vielseitigsten Synthesemethoden in der Heterocyclenchemie. In diesem Aufsatz gehen wir auf die geschichtliche Entwicklung dieses Arbeitsgebietes ein, führen die relevanten Vorläuferarbeiten auf und schildern das Entstehen des Konzeptes und seine Weiterentwicklung. Die wichtigsten mechanistischen und präparativen Befunde werden diskutiert. Quantenmechanische Berechnungen stützen den von R. Huisgen immer favorisierten konzertierten Reaktionsmechanismus, aber in Extremfällen können auch Zwischenstufen durchlaufen werden. Die Bedeutung der 1,3‐dipolaren Cycloaddition für das Click‐Chemie‐Konzept von K. B. Sharpless wird ebenfalls diskutiert.
The utilization of CO2 as a carbon source for organic synthesis meets the urgent demand for more sustainability in the production of chemicals. Herein, we report on the enzyme‐catalyzed para‐carboxylation of catechols, employing 3,4‐dihydroxybenzoic acid decarboxylases (AroY) that belong to the UbiD enzyme family. Crystal structures and accompanying solution data confirmed that AroY utilizes the recently discovered prenylated FMN (prFMN) cofactor, and requires oxidative maturation to form the catalytically competent prFMNiminium species. This study reports on the in vitro reconstitution and activation of a prFMN‐dependent enzyme that is capable of directly carboxylating aromatic catechol substrates under ambient conditions. A reaction mechanism for the reversible decarboxylation involving an intermediate with a single covalent bond between a quinoid adduct and cofactor is proposed, which is distinct from the mechanism of prFMN‐associated 1,3‐dipolar cycloadditions in related enzymes.
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