Smolinka, Kai: Biomimetische Studien an Arzneistoffen mit Benzilsäure- oder Estrogenstruktur

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Kapitel 2. Biochemische und biomimetische Oxygenierungsreaktionen

2.1 Cytochrom P450 vermittelte Oxygenierungen

Im Vordergrund der vielfältigen Umwandlungsprozesse von Arzneistoffen und anderen körperfremden Substanzen im Organismus stehen Reaktionen, die die Lipidlöslichkeit vermindern und eine renale Ausscheidung der Fremdstoffe ermöglichen. Durch sogenannte Funktionalisierungsreaktionen werden an der Ausgangsverbindung funktionelle Gruppen eingeführt oder freigelegt (Phase I-Reaktionen). Durch Konjugation dieser funktionellen Gruppen mit aktivierten Resten aus dem Intermediärstoffwechsel wird die Wasserlöslichkeit weiter erhöht (Phase II-Reaktionen) und der Metabolit ausgeschieden [13] [14] [15] .

Bei der Umwandlung körpereigener und -fremder Stoffe spielen die zur Gruppe der Häm-Proteine gehörenden Monooxygenasen eine herausragende Rolle. Die im Intermediärstoffwechsel eingebundenen Isoenzyme sind meist mitochondrial und z. T. auch am endoplasmatischen Retikulum (EPR) in der Leber und in den entsprechenden stoffbildenden Organen, z. B. für die Steroidbiosynthese in den Ovarien, den Testes oder den Nieren, lokalisiert. Ihre Substratspezifität ist hoch. Im Gegensatz dazu ist die Substratspezifität der im Fremdstoffwechsel involvierten Monooxygenasen gering, dies ermöglicht die Umwandlung vielfältiger Strukturen. Sie sind im EPR der Leber und anderer metabolisch aktiver Organe, z. B. der Haut und der Lunge, lokalisiert.

Abbildung 1: Eisen-Protoporphyrin(IX)-Chromophor der Cytochrom P450 Isoenzyme


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Monooxygenasen sind in der Lage, molekularen Sauerstoff zu spalten, wobei ein Sauerstoff-atom in ein Substrat eingeführt und das zweite Sauerstoffatom zu Wasser reduziert wird. Die charakteristische prosthetische Gruppe der Cytochrom P450 Isoenzyme ist das Eisen-Protoporphyrin(IX)-Chromophor (siehe Abbildung 1). Im Ruhezustand liegt das Eisen im Chromophor als Fe(III)-low-spin-Komplex vor. Vier der sechs Koordinationsstellen sind von den Stickstoffatomen des Porphyringrundgerüstes besetzt. Als fünfter, axialer Ligand fungiert die Thiolatgruppe eines Cysteinrestes der umgebenden Polypeptidkette des Enzyms. Die sechste Koordinationsstelle wird von einem Wassermolekül eingenommen. Der hydrophobe Proteinrest des Enzyms gewährleistet die Substratbindung, durch welche die Umwandlung des low-spin-Komplexes in einen high-spin-Komplex erfolgt und der katalytische Zyklus eingeleitet wird.

Schema 1: Schematische Darstellung des Reaktionszyklus von Cytochrom P450

Durch Aufnahme eines Elektrons, welches von der NADPH-Cytochrom-P450-Reduktase geliefert wird, wird Fe(III) zu Fe(II) reduziert. Molekularer Sauerstoff lagert sich unter Verdrängung des Wassermoleküls als sechster Ligand an. Nach erneuter Reduktion durch Auf


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nahme eines weiteren Elektrons wird das Sauerstoffmolekül unter Protonenaufnahme und Wasserabspaltung gespalten. Das entstehende reaktive Zwischenprodukt ist in der Lage, das Substrat durch Einschub des Sauerstoffatoms in eine C-H- oder X-H-Bindung zu oxygenieren. Gleichzeitig generiert sich der Fe(III)-low-spin-Komplex, der katalytische Zyklus ist durchlaufen und kann erneut stattfinden. In Schema 1 ist der katalytische Zyklus schematisch dargestellt.

Die aktive Spezies wird im Allgemeinen formal als Ferryl-Sauerstoff-Komplex [FeO]3+ oder als Eisen-Oxo-Porphyrinradikalkation (P_+Fe(IV)=O) formuliert. Sie konnte bis jetzt nicht direkt beobachtet werden und wurde aus spektroskopischen Daten, gefundenen Produktspektren und theoretischen Berechnungen abgeleitet. Die Lokalisation des Radikals ist nicht unumstritten, da theoretische Betrachtungen sowohl die Möglichkeit eines Porphyrinkationradikals als auch die Lokalisation des Radikals am Schwefel des Thiolatliganden ergeben [16] . Letzteres würde den Einfluss des Axialliganden auf die Reaktivität verschiedener Häm-Proteine erklären.

Ein Hinweis, dass in der aktiven Form nur ein Sauerstoffatom involviert ist, stellt die Aktivierung des Enzyms durch künstliche Sauerstoffdonatoren, wie z. B. Iodosylbenzen, dar. Dabei wird die komplizierte, reduktive Sauerstoffspaltung über einen sogenannten „shunt pathway“ (siehe Schema 1, shunt „a“) umgangen. Im Gegensatz ist auch Wasserstoffperoxid in der Lage, mit Cytochrom P450 über einen „shunt pathway“ (siehe Schema 1, shunt „b“) ein reaktives Zwischenprodukt zu bilden und nichtaktivierte Kohlenwasserstoffverbindungen zu hydroxylieren. Dies wird mit einem Fe(III)-peroxid-Komplex als aktives Intermediat in Verbindung gebracht, oder aber das Enzym ist in der Lage, ähnlich der Katalase Wasserstoffperoxid zu spalten, wobei Wasser und ein reaktives Zwischenprodukt entstehen. Möglicherweise existieren auch zwei oxygenierende Formen des Enzyms in Konkurrenz zueinander [17] .

Schema 2: Rebound-Mechanismus der Alkanhydroxylierung durch Cytochrom P450

Die Insertion des aktivierten Sauerstoffatoms in eine C-H-Bindung kann über verschiedene Mechanismen ablaufen. Im sogenannten Rebound-Mechanismus wird nach Wasserstoffatomtransfer das entstehende Alkylradikal mit der Eisen(IV)-hydroxospezies (P-Fe(IV)-OH) rekombiniert (siehe Schema 2).


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Neue Untersuchungen von Newcomb führen zu dem Schluss, dass der Rebound-Mechanismus nicht mit der Lebensdauer der mutmaßlichen Radikal-Zwischenstufen in Übereinstimmung zu bringen ist. Ihre Lebensdauer ist zu kurz. Radikale können daher nur als Übergangszustände in einem konzertierten Insertionsmechanismus angesehen werden [18] . In Schema 3 ist der konzertierte Insertionsmechanismus schematisch dargestellt.

Schema 3: Konzertierter Insertionsmechanismus nach Newcomb

Die aktive Spezies des Enzyms hat jedoch einen High-spin-Grundzustand, der bevorzugt mehrstufige Reaktionen in Übereinstimmung mit dem Rebound-Mechanismus eingeht, während zu konzertierten Reaktionen der Low-spin-Zustand neigt, der aber keine Aktivierung des Komplexes erfordert. Eine mögliche Lösung dieser Problematik ist in einer Spinumkehr auf dem Weg zur reaktiven Zwischenstufe zu sehen, denn damit wären beide Insertionswege möglich und das Verhältnis vom konzertierten zum Radikalmechanismus wird durch die Wahrscheinlichkeit der Spinumkehr festgelegt. Die tatsächlich ablaufende Reaktion wäre damit substratabhängig, da vom Substrat der Verlauf der Reaktionskoordinate festgelegt würde [19] [20] . Neben den hier erläuterten Mechanismen werden noch weitere Alternativen, z. B. kationische [21] oder fünffach koordinierte Kohlenstoffatome [22] oder ein agostischer Komplex [23] als Intermediate, diskutiert.

Die oben geführte Diskussion gilt grundsätzlich für alle Oxygenierungen von C-H-Bindungen. Weitere unterschiedliche Möglichkeiten bestehen innerhalb der einzelnen Reaktionen. Auf die Mechanismen der Allyloxidationen und der Olefinepoxidierungen soll hier nicht weiter eingegangen werden, da sie in den in dieser Arbeit vorgestellten biomimetischen Untersuchungen keine Rolle spielen. Die Hydroxylierung am Aromaten kann über drei Wege erfolgen (siehe Schema 4): über die direkte Sauerstoffinsertion mit radikalischer Zwischenstufe (a), über die Epoxidierung einer aromatischen Bindung und anschließender Umlagerung des Arenoxids (b) und über ein kationisches Intermediat mit anschließender direkter Bildung des Phenols oder der indirekten über ein Epoxid (c). Die Umlagerung des Arenoxids erfolgt unter Wanderung des an der späteren Hydroxylierungsstelle sich befindenden Atoms (H oder Halogen) an den benachbarten Kohlenstoff. Dies wird allgemein als NIH-Shift bezeichnet [24] .


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Schema 4: Mögliche Reaktionsmechanismen der Aromatenoxygenierung

Neben der Oxygenierung nichtaktivierter C-H-Bindungen sind die Cytochrom P450 Isoenzyme in der Lage, oxidative Dealkylierungen an Heteroatomen zu katalysieren. Als Zwischenprodukt wird über die Oxygenierung des alpha-C-Atoms eine alpha-Hydroxyverbindung, ein Carbinolamin, Hemiacetal oder gem-Halohydrin, gebildet, welche nichtenzymatisch zur dealkylierten Verbindung und einem Aldehyd oder Keton zerfällt (siehe Schema 5).

Schema 5: Allgemeiner Reaktionsmechanismus von Heteroatomdealkylierungen

Die Bildung der alpha-Hydroxyverbindung ist auf zwei Wegen möglich (siehe Schema 6): über Abstraktion eines Wasserstoffatoms des alpha-C-Atoms (a) oder über einen Elektronentransfer mit anschließender Deprotonierung (b).

Beide Wege führen zu einem Radikal in alpha-Stellung des Heteroatoms, welches nach dem Rebound-Mechanismus mit dem Hydroxo-Eisen-Enzymkomplex zur Hydroxyverbindung kombiniert wird. Nach welchem Mechanismus die Hydroxylierung abläuft, ist wahrscheinlich von dem Oxidationspotential des Substrates abhängig. Für oxidative O-Dealkylierungen besteht im Allgemeinen Übereinstimmung, dass sie über die Abstraktion eines Wasserstoffradikals (Weg a) erfolgen, dennoch werden für O-Demethylierungen in Abhängigkeit vom Substrat auch andere Reaktionsmechanismen diskutiert [25] .


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Für oxidative N-Dealkylierungen wurden für beide Möglichkeiten entsprechende Nachweise erbracht. Dinnocenzo verglich die kinetischen Deuteriumisotopeneffekte der N-Demethy-lierung verschiedener Isoenzyme mit denen der Reaktion mit einem tert-Butyloxyradikal [26] . Für Letzteres gilt die Wasserstoffatomabstraktion als Initialschritt als gesichert. In weiteren Studien führte er als Unterscheidungskriterium zwischen beiden Möglichkeiten Isotopeneffektprofile ein und verglich diese in N-Dealkylierungsreaktionen substituierter N,N-Di-methylaniline. Er benutzte als Modell für die H-Abstraktion die Reaktion mit dem tert-Butyloxyradikal und als Modell für den Elektronentransfer ein System aus einem Eisen(III)-phenanthrenkomplex und Pyridin [27] . In beiden Studien zeigten die kinetischen Deuterium-isotopeneffekte bzw. die Isotopeneffektprofile der Reaktion des tert-Butyloxyradikales Übereinstimmung mit den Untersuchungen an isolierten Isoenzymen aus Ratte, Kaninchen und Mensch. Dinnocenzo schlussfolgerte daraus, dass die N-Demethylierung mit einer Wasserstoffatomabstraktion als Initialschritt abläuft.

Schema 6: Mechanismen der Bildung der alpha-Hydroxyverbindungen

Im Gegensatz dazu stehen die Untersuchungen von Guengerich. Er begründet seine Schlussfolgerungen mit kinetischen Isotopeneffekten, welche sich für O-Dealkylierungen wesentlich von denen der N-Dealkylierungen unterscheiden; ein Hinweis auf unterschiedliche zugrundeliegende Mechanismen. Ein weiterer Beweis ist der gefundene Zusammenhang der linearen Freie-Enthalpie-Beziehungen nach Hammett oder Marcus mit der Oxidationsrate sowohl in Cytochrom P450 Isoenzym- als auch in porphyrinkatalysierten Oxidationen von Aminen und Thiolen, der aber nicht für Anisole besteht. Die Tatsache, dass 1,4-Dihydropyridin-Hantzsch-Ester und Cyclopropylamine suizidale Inaktivatoren der Cytochrom P450 Isoenzyme sind, wird als mit dem Elektronentransfermechanismus übereinstimmend gesehen [28] .

Peroxidasen sind in der Lage, N-Dealkylierungen zu katalysieren. Die Reaktion verläuft über die Bildung des Ammoniumylradikals durch Elektronentransfer. Peroxidasen können zwar


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Elektronen aufnehmen, aber keinen Sauerstoff übertragen. Daher dismutieren zwei Ammoniumylradikale zur Ausgangsverbindung und einem Iminium-Ion. Letzteres hydrolysiert zum dealkylierten Amin und dem Aldehyd (oder Keton) (siehe Schema 7). Die als Zwischenprodukt auftretenden Ammoniumylradikale wurden in durch Peroxidase katalysierten Dealkylierungen nachgewiesen. Für Cytochrom P450-vermittelte Dealkylierungen wurde der Nachweis nicht erbracht, was für einen unterschiedlichen Mechanismus der Enzymreaktionen spricht.

Schema 7: Mechanismus der N-Dealkylierung durch Peroxidasen

Für die Oxygenierung von Alkanen mit geringen Oxidationspotentialen ist als Initialschritt ein Elektronentransfer denkbar.

Die Bildung stabiler N-Oxide aus tertiären Aminen durch Cytochrom P450 ist nachgewiesen worden, wobei die Reaktion in der Regel durch flavinhaltige Monooxygenasen katalysiert wird. Es wurde gezeigt, dass oxidative N-Dealkylierungen mit einem N-Oxid als Zwischenprodukt möglich sind [29] .

Im Weiteren soll auf einige spezielle Reaktionen eingegangen werden, die sich prinzipiell den oben aufgeführten Reaktionen zuordnen lassen, bei denen z. T. jedoch der Mechanismus noch nicht bekannt ist.

Seit wenigen Jahren ist bekannt, dass Cytochrom P450 Isoenzyme in der Lage sind, Esterspaltungen zu katalysieren. 1987 gelang Guengerich erstmals der Nachweis oxidativer Esterspaltungen in vitro [30] und 1989 in vivo [31] für Dihydropyridindicarbonsäurediester.
Systematische Untersuchungen zum Reaktionsmechanismus wurden 1995 von Coon und Mitarbeitern durchgeführt [32] . Sie wiesen in ihren Studien nach, dass die oxidative Ester- oder Amidspaltung über die Hydroxylierung des alpha-C-Atoms der Alkohol- bzw. Aminkomponente


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und anschließende nichthydrolytische Spaltung des entstandenen geminalen Hydroxyesters zur Säure und zum Aldehyd abläuft (siehe Schema 8).

Schema 8: Mechanismus der oxidativen Esterspaltung

Cytochrom P450-katalysiert kann die Oxidation eines Aldehyds zur Carbonsäure ablaufen. Diese Reaktion wird in der Regel von Aldehyddehydrogenasen katalysiert. Eine Cytochrom P450-Beteiligung konnte jedoch in einigen Fällen gezeigt werden, so für die Oxidationen von Acetaldehyd, Retinal, aliphatischen Aldehyden, 11-Oxo-tetrahydrocannabinol und Lorsatan [33] . Ob der Oxygenierungsmechanismus über das Hydrat des Aldehyds, welches zur ortho-Säure hydroxyliert wird und unter Wasserabspaltung zur Säure führt, oder über die direkte Hydroxylierung zur Säure abläuft, konnte nicht eindeutig gezeigt werden [34] . Die möglichen Reaktionswege sind in Schema 9 dargestellt.

Schema 9: Mögliche Reaktionswege der Aldehydoxidation

Für oxidative Decarboxylierungen wurde eine Cytochrom P450-Katalyse ebenfalls nachgewiesen. Hirobe untersuchte die Decarboxylierung der Arzneistoffe Ketoprofen, Indometacin und Clofibrinsäure in Rattenlebermikrosomen. Neben den decarboxylierten Metaboliten wies er das entstandene Kohlendioxid nach und konnte die enzymatische Katalyse durch Cytochrom P450 zeigen, da das Fehlen von NADPH im Inkubationsmedium, die Begasung mit Kohlenmonoxid oder die Zugabe eines spezifischen Cytochrom P450-Inhibitors (SKF-525A) die Bildung der Metaboliten verhindert [35] .


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2.2 Metallporphyrin vermittelte Modelloxygenierungen

Mit den wachsenden Erkenntnissen über Stoffwandlungswege im Organismus begann die Suche nach einfachen biomimetischen Modellen. Zur Nachahmung oxidativer Reaktionen nehmen chemische Modellsysteme mit Katalysatoren auf der Basis von Übergangsmetallen und mit einer Sauerstoffquelle einen festen Platz ein. Als Übergangsmetalle werden vor allem Eisen, Ruthenium, Cobalt, Kupfer, Mangan und Nickel in verschiedenen Oxidationsstufen verwendet. Die Struktur der Katalysatoren ist sehr variabel. In den einfachen Modellen liegen die Metalle als Salz ohne weitere Zusätze im System vor, z. B. Fenton‘s Reagenz, bestehend aus Fe2+ (FeCl2) und Wasserstoffperoxid. Durch Zugabe von Mediatoren lässt sich die katalytische Wirksamkeit modifizieren, beispielsweise durch Catechol oder Hydrochinon bei Fenton‘s Reagenz [36] oder wie die zahlreichen Untersuchungen von Murahashi mit Modellsystemen auf Rutheniumbasis nachweisen [37] . Eine weitere Möglichkeit der Katalyse besteht im Einsatz von komplex gebundenen Übergangsmetallen. Hier sollen beispielhaft Uden-friend‘s Reagenz [7] , bestehend aus Fe2+, EDTA, Ascorbinsäure und molekularem Sauerstoff, weiterhin Salenkomplexe (Salen = Bis(salicyliden)ethylendiamin) [38] , Komplexe mit Schiff‘schen Basen [39] und mit Phthalocyaninen [40] genannt werden.

Eine herausragende Bedeutung haben Metallporphyrine auf dem Gebiet der biomimetischen Studien gewonnen. Aufgrund ihrer engen strukturellen Verwandschaft mit der prosthetischen Gruppe der Monooxygenasen (Protoporphyrin XI) ist eine weitgehende Übereinstimmung der Reaktionsmechanismen und damit der Produktspektren zu erwarten.

Abbildung 2: Mangan(III) 5,10,15,20-tetrakis(pentafluorphenyl)porphyrin chlorid


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Ausgehend vom Tetraphenylporphyrin als Grundgerüst wurden zahlreiche Strukturvariationen durchgeführt. Die sogenannten Katalysatoren der ersten Generation erhielt man durch Einführung eines Zentralatoms, häufig Eisen oder Mangan, in das Grundgerüst. Sie zeigten jedoch geringe Umsetzungsraten, da sie durch µ-Oxo-Dimerenbildung und geringe Stabilität gegenüber den Sauerstoffdonatoren in ihrer katalytischen Wirksamkeit begrenzt sind. Als effektiver haben sich die Katalysatoren der zweiten Generation erwiesen. Sie sind an den Phenylringen mit Halogen- oder Alkylresten substituiert. Dadurch ist die Stabilität gegenüber den O-Dona-toren erhöht und die Dimerenbildung wird durch sterische oder elektronische Effekte verhindert [41] . Zu den am häufigsten angewendeten Vertretern der zweiten Generation gehören die Porphyrine mit Pentafluorphenylringen. In Abbildung 2 ist das Mangan(III) 5,10,15,20-tetrakis(pentafluorphenyl)porphyrin chlorid (MnTPFPPCl) dargestellt.

Katalysatoren der dritten Generation weisen zusätzlich Substituenten an den beta-Pyrrol-positionen auf. Durch Einführung von Sulfonsäureresten an diesen Positionen erhält man wasserlösliche Katalysatoren. Neue Entwicklungen führten zu chiralen Metallporphyrinen und zu an Trägermaterialien (Kieselgel, Zeolithe u. Ä.) fixierten Katalysatoren [42] .

Die Synthese der verschiedenen Porphyrinderivate geht auf die Arbeiten von Adler zurück, dessen Methode vor allem durch Lindsey weiterentwickelt wurde. Die schrittweise Kondensation von Benzaldehyd mit Pyrrol führt über das lineare Tetrapyrrol-Zwischenprodukt zum Porphyrinogen, anschließende Oxidation, beispielsweise mit Tetrachlor-1,4-benzochinon
(p-Chloranil), generiert das Porphyrin (siehe Schema 10). Durch die Wahl der entsprechend substituierten Benzaldehyde lassen sich die Porphyrine der zweiten Generation im Allgemeinen synthetisieren. Die Substituenten an den beta-Pyrrolpositionen werden am Porphyringrundgerüst eingeführt. Die Einführung des Zentralatoms erfolgt durch Erhitzen am Rückfluss mit den entsprechenden Me2+-Salzen, wobei Fe2+ und Mn2+ zu den dreiwertigen Verbindungen oxidiert werden [43] .

Die katalytische Aktivität der Metallporphyrine ist von einer Reihe von Faktoren abhängig, von denen einige im Folgenden erläutert werden. Die Bildung inaktiver µ-Oxo-Dimere ist durch die Einführung elektronenziehender Substituenten verhinderbar, verstärkt durch eine zusätzliche sterische Behinderung. Mit zunehmendem Substitutionsgrad (1.rarr 2.rarr 3. Generation) fehlen auch die Angriffspunkte für die Autoxidation, welche zur Zerstörung des Porphyrins durch den O-Donator führt. Zusätzlich erhöhen elektronenziehende Gruppen die Elektrophilie und damit die Reaktivität des Katalysators. Zunehmender Substitutionsgrad führt nicht immer zu verbesserter Katalyse. Weitere Einflussfaktoren sind das Substitutionsmuster


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und das Zentralatom des Katalysators, der verwendete Co-Katalysator, das Reaktions-medium (Lösungsmittel, pH-Wert), der verwendete Sauerstoffdonator und auch das Substrat selbst. Die zahlreichen Untersuchungen der Einflussfaktoren führten zum Teil zu widersprüchlichen Aussagen und sollen im Folgenden exemplarisch dargestellt werden.

Schema 10: Allgemeines Syntheseschema für Metallporphyrine

Groves zeigte, dass das Mangan tetrakis[2-(N-methyl)pyridinyl]porphyrin mit verschiedenen O-Donatoren zu einer stabileren Oxo-Spezies als das Mangan tetrakis[4-(N-methyl)-


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pyridinyl]porphyrin reagiert und die nachfolgenden Reaktionen mit Ersterem langsamer ablaufen [44] . Bruice fand für Manganporphyrine mit zunehmenden elektronenschiebenden Gruppen bei Alkenepoxidierungen eine vermehrte Umsetzung der trans-Alkene, d. h. eine erhöhte Stereoselektivität. Mit Eisen- und Chromporphyrinen wurden bevorzugt die cis-Alkene umgesetzt [45] . In Untersuchungen mit verschiedenen Manganporphyrinen und Toluen als Substrat zeigte sich, dass mit verstärkt elektronenziehenden Gruppen im Porphyringerüst die Reaktionen am Aromaten zu- und Seitenkettenoxidationen abnehmen [46] . Es wurden auch elektronenarme und -reiche Eisenporphyrine miteinander verglichen. Erstere waren zwar robuster als Letztere, aber nicht in der Lage, elektronenarme Olefine zu epoxidieren [47] . Ähnliche Aussagen lassen sich beim Vergleich von Porphyrinen der zweiten und der dritten Generation treffen. Für Eisenporphyrine zeigen die der dritten Generation oft eine schlechtere Katalyse hinsichtlich Gesamtausbeute und Umsetzungen pro Zeiteinheit. Für Manganporphyrine zeigen die Katalysatoren der dritten Generation im Allgemeinen eine höhere Ausbeute, aber unter verminderter Regioselektivität [48] [49] . In Untersuchungen zum Metabolismus von Dieldrin konnten jedoch nur mit den Mangan- und Eisenporphyrinen der dritten Generation die Biotransformation nachgeahmt werden. Katalysatoren der zweiten Generation zeigten weder mit Mangan noch mit Eisen als Zentralatom eine Aktivität [50] . Den Einfluss des Substrates wies Meunier nach. Die Umsetzungen von Paracetamol und Ellipticin zeigten eine unterschiedliche Abhängigkeit von der Katalysatorstruktur. Die Umsetzungsrate von Paracetamol sinkt mit dem Übergang von einem Porphyrin der ersten zur zweiten Generation, bei Ellipticin steigt die katalytische Reaktivität. Als Ursache werden bisher nicht vorhersagbare Substrat-Katalysator-Interaktionen auf elektronischer oder sterischer Basis angesehen [51] .

Schema 11: Homolytische (a) und heterolytische (b) O-O-Bindungsspaltung

Eine wichtige Rolle in den ablaufenden Reaktionen spielt der Sauerstoffdonator. Während
O-Donatoren mit nur einem reaktiven Sauerstoffatom wie Iodosylbenzen und Verwandte, Natriumhypochlorit und N-Oxide direkt zur reaktiven Spezies führen, ist für Peroxide, Persäuren und molekularen Sauerstoff die Spaltung der O-O-Bindung notwendig. Diese Bin


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dungsspaltung kann homolytisch oder heterolytisch erfolgen (siehe Schema 11), wobei Letzteres wahrscheinlich in Übereinstimmung zum natürlichen Katalysezyklus steht.

Die homolytische Spaltung führt zu Alkoxylradikalen, im Falle von Wasserstoffperoxid zu Hydroxylradikalen, welche unerwünschte, Fenton-ähnliche Reaktionen zeigen. Für Persäuren wird allgemein aufgrund der bevorzugten Abgangsgruppe RCOOH die Heterolyse angenommen. Für Peroxide gilt dies mit steigenden pKa-Werten der Abgangsgruppe ROH, dabei ist ein Übergang von homolytischer zu heterolytischer Spaltung denkbar [52] . Die Art der Bindungsspaltung ist auch von dem Substitutionsmuster des Porphyrinkatalysators und dem Lösungsmittel abhängig. In Untersuchungen zur Epoxidierung von Norbornylen und
alpha-Methylstyren zeigte sich, dass in Dichlormethan die Reaktionen mit Eisen(III) 5,10,15,20-tetramesitylporphyrin über eine heterolytische Bindungsspaltung der Persäure, unabhängig von der verwendeten Persäure, ablaufen. Mit Eisen(III) 5,10,15,20-tetrakis(2,6-dichlor-phenyl)porphyrin ist die Spaltung von der Struktur der Persäure abhängig, neben der heterolytischen wird auch die homolytische Bindungsspaltung beobachtet. In Toluen ist die Art der Spaltung für beide Eisenporphyrine von der Struktur der Persäure abhängig [53] . Traylor wies nach, dass die beobachteten Alkoxylradikale auch durch die Reaktion der nach heterolytischer Bindungsspaltung gebildeten reaktiven Spezies mit noch nicht umgesetzten Alkylperoxiden gebildet werden können (siehe Schema 12) [54] .

Schema 12: Bildung von Alkoxylradikalen aus Alkylperoxiden durch die reaktive Spezies

Die heterolytische Bindungsspaltung von Peroxiden und Persäuren lässt sich durch die Verwendung sogenannter Co-Katalysatoren erreichen. Dies sind Stickstoffbasen wie Imidazolderivate oder Pyridin, welche als fünfter Axialligand fungieren. Im natürlichen Cytochrom P450 fungiert als fünfter Ligand das Thiolat eines Cysteinrestes. Thiolate sind jedoch sehr oxidationsempfindlich und daher in den biomimetischen Modellsystemen schwer zu realisieren.
Hirobe gelang die Synthese eines Porphyrins mit integriertem, relativ oxidationsstabilem Thiolatrest, welches gegenüber dem Imidazol-komplexierten Porphyrinderivat eine erhöhte Aktivität aufwies [4] . In den meisten biomimetischen Modellsystemen werden jedoch weiterhin


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Imidazolderivate oder Pyridin eingesetzt. Die Stickstoffbase übernimmt mehrere Aufgaben im katalytischen System. Zum Einen erhöht sie die Elektronendichte am Zentralatom und fördert dadurch die heterolytische Bindungsspaltung. Zum Anderen fungiert sie als Säure-Basen-Katalysator, der den Austritt von Wasser oder Alkohol und damit die Bildung der aktiven Spezies fördert (siehe Schema 13) [55] . Dies führt zu wesentlich erhöhten Umsetzungsraten.

Schema 13: Mechanismen der Katalyse durch Co-Katalysatoren am Beispiel von Imidazol

Der Zusatz von Stickstoffbasen fördert auch Umsetzungen mit Iodosylbenzen [56] .

Die Reaktivität des Katalysators im wässrigen Milieu in Abhängigkeit von dem Zentralatom, dem pH-Wert und dem Zusatz eines Co-Katalysators wurde sehr umfangreich im Arbeitskreis von Bruice untersucht. Sowohl Eisen- als auch Manganporphyrine liegen als sechsfach koor


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dinierte Komplexe vor, wobei die fünfte und sechste Koordinationsstelle in Abhängigkeit vom pH-Wert von zwei Wassermolekülen oder einem Wassermolekül und einer Hydroxylgruppe besetzt werden. Die Koordinierung von zwei Hydroxylgruppen konnte im pH-Bereich bis 14 ausgeschlossen werden [57] [58] . Die im wässrigen Milieu gebildeten aktiven Spezies sind ebenfalls mit einem Wassermolekül oder einer Hydroxylgruppe koordiniert und zeigen eine Oxo-Hydroxo-Tautomerie, wie in Experimenten mit 18O-angereichertem Wasser nachgewiesen wurde (siehe Schema 14) [59] .

Schema 14: Oxo-Hydroxo-Tautomerie

Generell steigt die Reaktivität des Katalysators mit steigendem pH-Wert. Bei pH-Werten kleiner 5 ist die Bildung der aktiven Spezies aus dem Katalysator und Wasserstoffperoxid oder Hydroperoxiden langsamer als der Zerfall oder der Abbau der O-Donatoren. Die Koordinierung einer Stickstoffbase als Co-Katalysator kann zu einer weiteren Erhöhung der katalytischen Aktivität führen. Voraussetzung ist die Koordinierung nur eines stickstoffhaltigen Moleküls, da Wasserstoffperoxid und andere Hydroperoxide die Stickstoffbase nicht aus der Koordination verdrängen können. In Untersuchungen zur Komplexierung von Imidazol mit verschiedenen Mangan- oder Eisenporphyrinen bei verschiedenen pH-Werten im pH-Bereich von 5 - 12 zeigte sich, dass Manganporphyrine nur Monoliganden mit Imidazol bilden. Eisenporphyrine koordinieren auch bei niedrigen Imidazolkonzentrationen zwei Moleküle. Im wässrigen Milieu lässt sich daher nur bei Manganporphyrinen mit einem Zusatz von Imidazol als Co-Katalysator die Reaktivität steigern [60] [61] .

Bei Vorhandensein von Methanol im Lösungsmittelgemisch ist auch die Koordination eines Methanolmoleküls über die Alkoholgruppe möglich [62] .

Groves gelang erstmals die Isolierung und Charakterisierung einer reaktiven Spezies. Bei einer Temperatur von - 78 °C isolierte er ein grünes Intermediat der Reaktion von Fe(III)TMPCl und p-Chlorperbenzoesäure in Dichlormethan, welches in der Lage ist Alkane zu oxygenieren. Es handelte sich um ein Oxo-Eisen(IV)-tetramesitylporphyrinkationradikal (TMP+.-Fe(IV)=O), in Übereinstimmung mit der Struktur der aktiven Verbindung I der Meerrettichperoxidase (Horseradishperoxidase I, HRP I). Bei - 46 °C ließ sich die Bildung der grünen Verbindung verfolgen. Sie verläuft über einen intermediären Alkylperoxo-


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Eisen(III)porphyrinkomplex, aus dem nach heterolytischer O-O-Bindungsspaltung die aktive Spezies entsteht [63] [64] . Die Reaktion mit Iodosylbenzen führt zu einem roten Intermediat, welches formal den gleichen Oxidationsstatus hat, aber wahrscheinlich eine Oxo-Eisen(V)verbindung darstellt. Sie konnte durch Oxidation in das grüne Oxo-Eisen(IV)porphyrinkationradikal übergeführt werden [65] . In späteren Studien wurden eine Reihe weiterer Oxo-Eisenporphyrinkationradikale mit verschieden substituierten Porphyrinen und mit anderen Sauerstoffdonatoren realisiert und spektroskopisch charakterisiert (NMR-, UV/VIS-, Raman-, IR-, ESR-, Mössbauer-Spektroskopie) [66] . Die katalytischen Aktivitäten der möglichen aktiven Spezies sind verschieden, wobei „aktive Spezies“ bedeutet, dass es sich um eine hochvalente Spezies handelt. Der Katalysator befindet sich in einem höherem als dem Grundzustand. Für elektrochemisch generiertes TSMP-Fe(IV)=O ist die Katalyse der Bildung eines Cyclopentenonderivates aus einem Cyclopentenderivat, in Anwesenheit von molekularem Sauerstoff, nachgewiesen. Die Porphyrinspezies überträgt dabei jedoch kein Sauerstoffatom, sondern katalysiert die Wasserstoffradikalabstraktion. Zur Übertragung eines Sauerstoffatoms befähigt sind zwei weitere elektrochemisch dargestellte Verbindungen; TSMP+.-Fe(IV)=O und TSMP2+-Fe(IV)=O. Sie katalysieren in Abwesenheit von Sauerstoff neben der Hydroxylierung auch die Epoxidierung [67] . Ebenfalls katalytisch aktiv in Abhängigkeit vom Substrat sind Peroxo-Eisen(III)porphyrinverbindungen [P-Fe(III)-(O2)-]. Die Oxidation von Triphenylphosphin gelingt nur in geringem Umfang, die Epoxidierung elektronenarmer Olefine ist mit hohen Ausbeuten möglich, die Epoxidierung elektronenreicher Olefine wird nicht katalysiert [68] . Die Peroxo-Eisen(III)-Komplexe wurden für verschiedene Porphyrine und mit unterschiedlichen Liganden spektroskopisch charakterisiert [69] .

Aktive Manganporphyrinspezies wurden ebenfalls untersucht. Oxo-Mangan(IV)porphyrine lassen sich mit Persäuren, Natriumhypochlorit oder elektrochemisch darstellen und spektroskopisch charakterisieren [70] . Im Gegensatz zu den Oxo-Eisen(IV)porphyrinen können sie die Oxidation verschiedener organischer Substrate katalysieren. Groves gelang die Charakterisierung eines Oxo-Mangan(V)porphyrins (P-Mn(V)=O) durch Reaktion des entsprechenden Mangan(III)porphyrins mit Kaliumperoxomonosulfat, m-Chlorperbenzoesäure oder Hypochlorit in wässriger Lösung bei einem pH-Wert von 7,4 oder höher. Durch Zugabe von Natriumnitrit wurde das Oxo-Mangan(IV)porphyrinderivat (P-Mn(IV)=O) gebildet. Im Vergleich der Reaktionen der P-Mn(V)=O und P-Mn(IV)=O katalysierten beide Spezies die Wasser-stoffatomabstraktion von 4-Hydroxyphenylessigsäure, aber nur P-Mn(V)=O ist zur Epoxidierung von Carbamazepin fähig [71] . Der durch Reaktion von MnTDCPPCl und Pentafluoriodosylbenzen entstehende Komplex Mn(IV)TDCPP(C6F5IOCl)Cl konnte als kristalline, blaue


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Verbindung isoliert werden. Er katalysiert die Oxidation von Triphenylphosphin, Cyclohexan und Anthracen und die Epoxidierung von Stilben [72] , wobei die Reaktionen den Funktionalisierungsreaktionen Heteroatomoxidation, Oxidation nichtaktivierter Kohlenwasserstoffe, aromatische Oxygenierung und Epoxidierung olefinischer Doppelbindungen entsprechen (siehe Schema 15).

Schema 15: Aktive Manganporphyrinspezies und katalysierte Reaktionen (nach [72] )

Mit aktiven Metallporphyrinen gelang die Nachahmung der meisten Cytochrom P450-vermittelten Reaktionen, zum großen Teil mit übereinstimmenden Reaktionsmechanismen. Sie sind in der Lage, Olefine stereospezifisch zu epoxidieren, Kohlenwasserstoffe zu hydroxylieren [9] [10] , wobei als Initialschritt eine Wasserstoffatomabstraktion erfolgt, Aromaten regiospezifisch zu oxygenieren [11] und Heteroatome zu dealkylieren oder zu oxidieren. Für N-Dealkylierungen werden in Übereinstimmung mit der enzymatischen Reaktion ein Elektronentransfer oder die Abstraktion eines Wasserstoffradikals als initialer Reaktionsschritt diskutiert [73] [74] [75] . Es gelang auch die Katalyse einer Reihe weiterer Reaktionen, für die die enzymatische Bildung durch Cytochrom P450 bereits nachgewiesen wurden, wie die oxidative Decarboxylierung [76] , die Dehydration von Aldoximen [77] , oxidative C-C-Bindungsspaltung [78] , die Dealkylierung von N-Nitrosodialkylaminen [79] und die Hydroxylactonisierung ungesättigter Carbonsäuren [80] .


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Metallporphyrine werden auch als Katalysatoren in Modellsystemen Cytochrom P450-ähnlicher Enzyme wie Meerrettichperoxidase [81] , Chlorperoxidase [82] , Ligninperoxidase [83] , Tryptophan-2,3-dioxygenase [84] oder NO-Synthase [85] angewendet. Die Modellsysteme dienen zur Produktion von Metaboliten oder Derivaten der Substrate, zur Erkenntnisgewinnung zum Mechanismus von Biotransformationsreaktionen, zum Screening möglicher Metabolite von potentiellen Arzneistoffen oder toxisch wirksamer Stoffe, oder zur Detektion von Chemikalien in der Umweltanalytik [86] . Einige Beispiele zur Anwendung von biomimetischen Systemen auf Metallporphyrinbasis in Metabolismusstudien sollen im Folgenden dargestellt werden.

Als einer der Ersten wies Hirobe die Eignung biomimetischer Systeme zur Erforschung von metabolischen Vorgängen nach. Mit dem Modell MnTPPCl/Natriumhypochlorit/4’-Imidazo-lylacetophenon gelang ihm die Darstellung des relativ instabilen 6,7-Epoxids von 3-Iso-butyryl-2-isopropylpyrazolo[2,3-a]pyridin (IBPP), welches als Vorstufe des Hauptmetaboliten in vivo und in vitro, des 6,7-Dihydro-6,7-diols, angesehen wurde (siehe Schema 16). Die Synthese auf klassisch chemischen Wegen mit Wasserstoffperoxid, Natriumhypochlorit oder m-Chlorperbenzoesäure gelang nicht. Weitere Studien führten zu übereinstimmenden Produktspektren der Umsetzungen von IBPP in biomimetischen Systemen und in vitro mit Human- und Rattenlebermikrosomen [87] [88] .

Schema 16: Hauptbiotransformationsweg von IBPP in vivo

Der mechanistische Zusammenhang zweier Metabolite (II, III) von Dieldrin (I), einem in zahlreichen Ländern mittlerweile verbotenem Insektizid, wurde mit verschiedenen chemischen Modellsystemen mit Eisen- und Manganporphyrinen der dritten Generation bewiesen (siehe Schema 17). Die initiale Wasserstoffatomabstraktion am C9 führt zum Substratradikal, aus welchem nach Rücktransfer des Hydroxylradikals 9-Hydroxydieldrin (II) entsteht. Durch Umlagerung des C9-Radikals zum stabileren tertiären Radikal am C2 und nachfolgendem Rebound entsteht unter Dehalogenierung der Metabolit III [50] .


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Schema 17 : Bildung der Metabolite II und III aus Dieldrin (I)


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Der Nachweis der Dealkylierung von Marmesin zu Psoralen als syn-Eliminierung unter Abspaltung von Aceton (siehe Schema 18) wurde mit Hilfe der biomimetischen Systeme
Mn- und FeTPPCl/Iodosylbenzen vollzogen. Dieser Schritt wird im Sekundärstoffwechsel durch die Psoralen-Synthase, ein Cytochrom P450-Enzym, katalysiert. Zunächst wird ein Wasserstoffatom in 3’-Stellung abstrahiert. Durch beta-Spaltung entstehen Psoralen und das
2-Hydroxy-2-propylradikal. Aus Letzterem resultiert nach einem Oxygenrebound und Wasserabspaltung Aceton. Der beschriebene Reaktionsablauf ist wahrscheinlich noch für weitere, bisher unverstandene, Ringspaltungen zu Secoverbindungen repräsentativ [89] .

Schema 18: Mechanismus der Bildung von Psoralen aus Marmesin

Das System FeTPFPPCl/Iodosylbenzen katalysiert die oxidative Decarboxylierung von alpha-Arylsäuren und alpha,alpha,alpha-trisubstituierten Essigsäuren [90] . Neben Kohlendioxid entstehen die entsprechenden Alkohole oder Carbonyle. Ketoprofen wird biomimetisch und in vivo zum Alkohol und zum Keton decarboxyliert (siehe Schema 19). Die Metabolite werden von Ratten biliär ausgeschieden. Der gebildete Alkohol zeigt eine signifikante Hemmung der Plättchenaggregation. Der IC50-Wert ist dem von Indometacin vergleichbar. Das gebildete Keton zeigt nur eine leichte Hemmung der Plättchenaggregation. Für beide Metabolite wurde eine Inhibition der Cyclooxygenase nachgewiesen. Indometacin decarboxyliert unter den gleichen biomimetischen Bedingungen zum Alkohol und Aldehyd. Ein neuer Biotransformationsweg wurde bei Umsetzungen mit FeTDClPPCl/Iodosylbenzen entdeckt. Die gamma,delta-ungesättigte Carbonsäure wird dabei zum beta-Hydroxy-gamma-lacton umgewandelt (siehe Schema 20).


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Schema 19: Oxidative Decarboxylierung von Ketoprofen

Alle drei Indometacinderivate wurden in Rattenlebermikrosomenansätzen als Metabolite detektiert. Der Alkohol zeigt in Analogie zum Ketoprofenmetaboliten eine Hemmung der Plättchenaggregation und inhibiert die Cyclooxygenaseaktivität. Die Bildung der beschriebenen Indometacinmetaboliten ist Cytochrom P450-abhängig, wie durch die Hemmung der Metabolitenbildung durch Kohlenmonoxidbegasung und durch den Cytochrom P450-spezifischen Inhibitor SKF 525 A gezeigt wurde.

Schema 20: Oxidative Decarboxylierung und Hydroxylactonisierung von Indometacin


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Eine Reihe weiterer beta,gamma- und gamma,delta-ungesättigter Verbindungen unterlagen im biomimetischen System der Hydroxylactonisierung [35] [80] .

Metabolische Vorgänge führen nicht in jedem Fall zu unwirksameren Derivaten. Die Cytochrom P450 Isoenzyme spielen eine wichtige Rolle in der Umwandlung von Promutagenen zu Mutagenen. Dabei entstehen hochreaktive, elektrophile Intermediate, die mit nucleophilen Zentren der DNA und von Proteinen reagieren. In einer Mutagenitätsstudie wurde daher die Eignung biomimetischer Systeme als Testsysteme für das Screening von Substanzen überprüft. In ihren Strukturen unterschiedliche, bekannte Promutagene wurden mit FeTPPCl und verschiedenen Sauerstoffdonatoren umgesetzt und ihre Aktivierung mit dem Ames-Test untersucht. In Abhängigkeit vom verwendeten O-Donator ließen sich die Promutagene aktivieren. Iodosylbenzen aktivierte vor allem polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe. Aromatische Amine wurden eher von tert-Butylhydroperoxid umgewandelt. Ein heterozyklisches Amin wurde mit allen Sauerstoffquellen aktiviert, die höchste Mutagenität wurde mit Cumylhydroperoxid erzielt. Nicht mutagenisiert wurden die umstrittenen Carcinogene Pyren und Quercetin. Biomimetische Systeme könnten somit in Kurzzeittests für erste Aussagen über mutagene Potentiale angewendet werden [91] .

Schema 21: Biomimetische Synthese von 5-Hydroxytiagabin

Routinemäßig angewendet werden biomimetische Modellsysteme in den Forschungslaboratorien der pharmazeutischen Industrie, z. B. bei Novo Nordisk und Abbott. Die Zielstellung ist die Produktion ausreichender Mengen an potentiellen Metaboliten für biochemische und toxikologische Studien, die Testung der möglichen Bildung biologisch aktiver Metabolite von potentiellen Arzneistoffen und die einfache Synthese von Vergleichssubstanzen. Zahlreiche Untersuchungen wurden veröffentlicht. Tiagabin, ein in Phase III der klinischen Prüfung sich befindendes, potentielles Antiepileptikum, wird in vivo zum 5-Hydroxytiagabin umgewandelt. Eine mögliche Synthese verläuft über acht Stufen. Mit FeTDCPBr8PCl und Natriumhypochlo


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rit oder Wasserstoffperoxid in einem biphasischen System gelang die Synthese in einem Schritt, von Tiagabin ausgehend, mit bis zu 74%iger Ausbeute (siehe Schema 21) [92] .

Schema 22: Beispiele einiger routinemäßig untersuchten Arzneistoffe


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Unter Erarbeitung eines standardisierten chemischen Protokolls wird in diesen Laboratorien die oxidative Anfälligkeit bekannter und neu entwickelter Arzneistoffe routinemäßig untersucht (siehe Schema 22) [93] [94] .

Systematisch wurde von Fröhlich das Verhalten von verschiedenen Diphenylmethanderivaten in biomimetischen Systemen untersucht. Ziel dabei war es, mit chemischen Modellen die
unterschiedlichen Biotransformationswege ähnlicher Strukturen nachzuahmen. So wird
Propiverin, ein basischer Benzilsäureester, ausschließlich an den Ester- und Etherseitenketten metabolisiert. Clemastin dagegen, ein basischer Benzhydrolether, wird in vivo als Hauptmetabolisierungsweg an den aromatischen Ringen hydroxyliert. Zunächst wurde an einer Modellsubstanz, 4-Methoxybenzophenon, das chemische Modell hinsichtlich der Aromatenoxygenierung optimiert. Als Katalysatoren wurden zahlreiche Derivate der ersten bis dritten Generation mit Eisen, Mangan, Zink und Cobalt als Zentralatome eingesetzt. Als Co-Kata-lysatoren wurden verschiedene ungesättigte, fünf- und sechsgliedrige N-Heterozyklen und Ammoniumacetat getestet. Die verwendeten Sauerstoffdonatoren waren Wasserstoffperoxid, Iodosyl- und Pentafluoriodosylbenzen sowie Natriumhypochlorit. Die höchste Aktivität im Hinblick auf die aromatische Oxygenierung zeigte das System MnTPFPPCl/Pyridin/Wasser-stoffperoxid mit einem Gesamtumsatz von 70 %, wobei die aromatische Oxygenierung mit 50%iger und die Methyletherspaltung mit 20%iger Ausbeute, jeweils bezogen auf die umgesetzte Menge an Wasserstoffperoxid, ablief. Mit dem gleichen Katalysator und Wasserstoffperoxid zeigten auch Imidazol und 4-tert-Butylpyridin hohe Ausbeuten. Mit Ersterem wird der Gesamtumsatz durch geringere aromatische Hydroxylierung vermindert. Mit Letzterem wurde ein etwas erhöhter Gesamtumsatz von 76 %, bezogen auf verbrauchten O-Donator, erreicht, jedoch vor allem durch verstärkte Methoxygruppenspaltung, während die Aromatenoxygenierung ebenfalls in geringerem Maße erfolgte [95] . Mit den aktivsten Modellsystemen wurden anschließend die Arzneistoffe im nichtwässrigen und im wässrigen Milieu bei verschiedenen pH-Werten umgesetzt. Für Propiverin katalysierte das chemische Modell in Übereinstimmung zum tierischen und menschlichen Metabolismus die Funktionalisierungsreaktionen N-Oxidation, N-Demethylierung, Ether- und Esterspaltung. Zusätzlich traten Decarboxylierung und aromatische Oxygenierung des entstandenen Benzophenons auf (siehe Schema 23) [96] [97] . Die N-Dealkylierung wurde nur im menschlichen Metabolismus und im biomimetischen System nachgewiesen. Die Ratte metabolisiert Propiverin auf diesem Weg nicht. Im Modellsystem konnten die Seitenkettenhydroxylierungen nicht gezeigt werden. Sie stellen einen Biotransformationsweg des Menschen und der Ratte dar.


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Schema 23: Biomimetisches Produktspektrum von Propiverin


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Schema 24: Biomimetisches Produktspektrum von Clemastin im wässrigen Milieu


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Für Clemastin wurden mit biomimetischen Ansätzen die N-Demethylierung, N-Oxidation, Etherspaltung und/oder nachfolgende Wasserabspaltung katalysiert. Zusätzlich traten im wässrigen Milieu in Übereinstimmung mit dem Rattenmetabolismus überwiegend phenolische Produkte auf. Hauptumsetzungsprodukte waren die monooxygenierte Ausgangsverbindung und das nach Etherspaltung und Wasserabspaltung entstehende Ethenderivat (siehe Schema 24). Zusätzlich treten bei der Ratte Oxidation der alpha-Methylgruppe und Folgereaktionen auf. Zum Metabolismus beim Menschen liegen noch keine Erkenntnisse vor. Das strukturell eng verwandte Chlorphenoxamin zeigt ein dem Rattenmetabolismus von Clemastin ähnliches Metabolitenspektrum. Es bildet, in Übereinstimmung mit den biomimetischen Befunden, beim Menschen keine Produkte durch Oxidation der alpha-Methylgruppe [98] .

Insgesamt besteht hinsichtlich der Stoffwandlungswege eine weitgehende Übereinstimmung zwischen den in vivo gebildeten Metaboliten von oxidativen und hydrolytischen Vorgängen und Folgereaktionen und dem biomimetischen Produktspektrum. Insbesondere konnten die unterschiedlichen Biotransformationswege, vor allem hinsichtlich der aromatischen Oxygenierung, für strukturell eng verwandte Arzneistoffe gezeigt werden.

Aufbauend auf diesen Untersuchungen werden im Folgenden biomimetische Umsetzungen von Benzilsäurederivaten mit unterschiedlichen Substitutionsmuster sowie von Estrogenen dargestellt und die Ergebnisse diskutiert.


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Fri Sep 14 18:26:50 2001