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Eine Schutzgruppe in Position 4 der Glucose reicht, damit sich die alkalische Zuckerlösung mit Ammoniak oder Methylamin verfärbt. Nun gibt es Hinweise darauf, was chemisch bei positiver Wöhlk-Probe beziehungsweise positivem Fearon-Test passiert.
Bei der Wöhlk-Probe auf Lactose und Maltose aus dem Jahr 1904 und dem sehr ähnlichen Test von Fearon aus dem Jahr 1942 war bisher nicht bekannt, welche Substanz die rote Farbe hervorruft und über welchen Mechanismus sie entsteht. Dazu hat beigetragen, dass sich die Farbstoffe nicht extrahieren lassen.1) Inzwischen haben UV-Vis-spektroskopische Untersuchungen etwas Licht in die Sache gebracht.Die Wöhlk-Probe, eine Reaktion einiger Zucker mit Ammoniak im Alkalischen, war lange Zeit für Urinuntersuchungen in medizinischen Laboren gängig, hat aber dort seit etwa 50 Jahren keine Bedeutung mehr. Ähnliches gilt für Fearons Test, bei dem Methylamin statt Ammoniak als Nachweisreagenz dient.Für den Chemieunterricht in der Schule ist die Wöhlk-Probe nach wie vor attraktiv, so lässt sich damit einfach und anschaulich Lactose in Milchprodukten nachweisen.1)<h2>Ähnlichkeiten</h2>Anfangs galten nur Lactose und Maltose als nachweisbare Substanzen für die Wöhlk-Probe, die in der Urologie und in der Lebensmittelchemie beliebt war. Allerdings ergeben auch Cellobiose (Homodimer aus β-1,4-verknüpften Glucosemolekülen) und Maltotriose einen positiven Test. Diese Zucker enthalten alle ein reduzierendes Monosaccharid; wie der Substituent in der 4-O-Position aussieht, ist für die Proben nach Wöhlk und Fearon offensichtlich unerheblich. Wichtig ist nach Meinung der Autoren, dass die 4-OH-Gruppe substituiert ist.Die Hypothese war nun, dass eine in der Position 4 geschützte Glucose die gleiche Farbreaktion verursachen sollte. Dies wurde nun in Kiel mit 4,6-O-Ethyliden-D-glucopyranose verifiziert (Abbildung 1). Maltulose und Lactulose, die im Alkalischen durch eine Lobry-de-Bruyn-van-Ekenstein-Umlagerung entstehen, reagieren in gleicher Weise. Die Farbe bildet sich sowohl bei der Wöhlk-Probe als auch beim Fearon-Test mit Lactulose schneller als mit Lactose, am schnellsten jedoch mit der geschützten Glucose.<figure><img src="https://media.graphcms.com/g2xubguS7mcRAJdfnTAN"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Fearons Test bei 70 °C im Wasserbad mit jeweils 4 mL Methylaminlösung; von links: mit 8, 4, 2 mg geschützter Glucose (4,6-O-Ethylidene-D-glucopyranose), sowie 8 mg Lactose, 8 mg Lactulose. Foto: Ruppersberg</figcaption></figure>
Zudem ähneln die Reaktionen beim Wöhlk- wie beim Fearon-Test der frühen und mittleren Maillard-Reaktion sowie der bei der Herstellung von Zuckercouleur.<h2>Annäherung an den Reaktionsmechanismus</h2>Für die spektroskopischen Untersuchungen wurde anstelle der an jeder Schule verfügbaren Ammoniaklösung Methylammoniumchlorid eingesetzt, woraus im Alkalischen Methylamin frei wird (Fearon‘s Test). Der hierbei entstehende Farbstoff absorbiert sichtbares Licht der Wellenlänge 541 nm und ist leichter zu untersuchen als der weniger stabile Farbstoff aus der Wöhlk-Probe, der bei 527 nm absorbiert.Die Differenz der Absorptionsmaxima bei 527 nm mit Ammoniak und 541 nm mit Methylamin deutet darauf hin, dass es sich um ein Farbstoffmolekül handelt, dessen Absorption sich durch Austausch von –H gegen –CH3 um 14 nm rotverschiebt.Bei den Reaktionen nach Wöhlk und Fearon entsteht ähnlich wie bei der Maillard-Reaktion nicht nur ein rotes Endprodukt, sondern es bilden sich auch farblose und UV-absorbierende Zwischen- und Endprodukte, aber nur jeweils eines ergibt ein Maximum bei 527 nm beziehungsweise 541 nm. Schlüssel zu den Zwischenprodukten sind die Maxima im UV-Bereich. Weil Fearons Test zuverlässiger abläuft als die Wöhlk-Probe, wird dieser Methode bei den weiteren Untersuchungen der Vorzug gegeben.<h2>Absorptionsmaxima im Sichtbaren und im UV</h2>Lösungen von Lactose, Maltose, Lactulose, Glucose, Fructose wurden nach Fearons Test zwischen 250 nm bis 600 nm spektroskopisch untersucht. Dabei ergaben sich auffällige Banden, die schon im Agnes-Pockels-Schülerinnenlabor bei der Untersuchung von Wöhlk-Proben beobachtet wurden.2)Alle lachsrot gefärbten Lösungen in der Wöhlk-Probe absorbieren intensiv bei 306 nm (Abbildung 2). Zudem zeigen sie ein für den lachsroten Farbeindruck verantwortliches Absorptionsmaximum bei 527 nm mit zirka 1/200 der Intensität der bei 306 nm gemessenen Extinktion.<figure><img src="https://media.graphcms.com/qYOyFkG6SgGw5q8S8YRi"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Absorptionen bei 306 nm (Wöhlk-Probe: Lactulose blau, Lactose rot) und 321 nm (Fearons Test: Lactulose violett, Lactose grün).</figcaption></figure>
Bei Fearons Test liegt die auffällige UV-Bande bei 321 nm sowie bei 541 nm. Derartige Farbbanden resultieren meist aus einem Charge-Transfer und treten bei betainartigen Verbindungen mit Ladungsseparation auf. Das Schimmelpilzgift Moniliformin (Natriumsalz der Semiquadratsäure) sowie Azulene zeigen in Habitus, also in der Form der Banden, und in der Bandenintensität ähnliche Spektren.<h2>Vorschlag für einen Chromophor</h2>Bei Einwirkung von Alkalilauge auf reduzierende Zucker entsteht zunächst ein Endiolatanion, das bei 312 nm absorbiert. Bei weiterer Einwirkung von Alkali fragmentiert es unter Aldolspaltung in Trioseredukton und andere kleine Bruchstücke.3) Dieses Endiolatanion wird vor dem weiteren Zerfall durch Ammoniak oder primäre Amine abgefangen und reagiert dann ohne Eliminierungsreaktionen weiter zu farbigen Verbindungen. Die Redoxprozesse dabei sind noch ungeklärt, die Autoren diskutieren Redoxdisproportionierung als eine Möglichkeit.Da Glucose selbst unter diesen Bedingungen nur gelbe Färbungen ergibt, die offenbar auf Zerfallsreaktionen des Endiolatanions zurückzuführen sind, fungiert das zweite Zuckermolekül in den Di- und Trisacchariden offenbar nicht als Abgangsgruppe. Vielmehr nimmt es an der Bildung des Chromophors teil, indem es als Schutzgruppe den weiteren Zerfall des Endiolatanions verhindert. Die gleiche Farbreaktion von 4,6-O-Ethyliden-d-Glucopyranose wie Lact(ul)ose, Malt(ul)ose und Cellobiose lässt diesen Schluss zu. Auch 4,6-O-Benzyliden-d-Glucopyranose zeigt dieses Reaktionsverhalten.Da der Farbstoff bisher nicht isoliert und gereinigt werden konnte, ist nicht auszuschließen, dass in der Lösung weitere, nicht zum Chromophor gehörende Endiolate in diesem Bereich absorbieren. Das zweite Maximum bei 362 nm könnte auf ein Derivat von Glutacondialdehyd (Chromophor: O-haltige Anteile, Abbildung 3) zurückzuführen sein, der ebenfalls bei dieser Wellenlänge absorbiert. Zurzeit diskutieren wir daher das Alkalisalz von 6-Formyl-pyridin-1-ium-3,4-diolat (Abbildung 3) mit einer geschützten 5-Hydroxygruppe als infrage kommende Struktur.<figure><img src="https://media.graphcms.com/ed8NKhXzQkiIWUpVse6z"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Postuliertes Chromophor: Alkalisalz von 6-Formyl-pyridin-1-ium-3,4-diolat mit einer geschützten 5-Hydroxygruppe als infrage kommende Struktur; R=H für die Wöhlk-Probe, R=Me für Fearons Test; R‘=Galactose mit Lact(ul)ose, R‘=Glucose mit Malt(ul)ose.</figcaption></figure>
<h2>Die Autoren</h2>Manfred W. Kussler, Jahrgang 1949, ist Mitglied der Fachgruppe Seniorexperten Chemie in der GDCh. Nach Chemiestudium und Promotion in Saarbrücken hat er sich vornehmlich mit Hochleistungstechnologiefarbstoffen, Oled und Solarzellen befasst. Ein Artikel in den Nachrichten aus der Chemie machte ihn auf den ungeklärten Farbstoff aus der Wöhlk-Probe aufmerksam. <a href="mailto:manfred.kussler@t-online.de">manfred.kussler@t-online.de</a><div><img src="https://media.graphcms.com/JbMQsnndScI3cFoeU8UM">

</div>Klaus Ruppersberg, Jahrgang 1959, ist Oberstudienrat und ans Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften an der Universität Kiel abgeordnet. Er entwickelt Experimente und Materialien für kontextorientierten Chemieunterricht. An der Aufklärung der Wöhlk-Probe arbeitet er seit dem Jahr 2016.<div><img src="https://media.graphcms.com/7uoHgRaIT26PTMsDiduR">

</div><a href="mailto:ruppersberg@ipn.uni-kiel.de">ruppersberg@ipn.uni-kiel.de</a><h2>Quergelesen</h2>Bei der Wöhlk-Probe aus dem Jahr 1904 entsteht ein roter Farbstoff, dessen Struktur und Entstehungsmechanismus bislang unerforscht waren.Der Farbstoff entsteht im Alkalischen nicht nur bei der Reaktion von Ammoniak mit Lactose und Maltose, sondern auch mit anderen 1,4-verknüpften reduzierenden Disacchariden.Aufgrund von UV-Vis-spektroskopischen Untersuchungen gibt es nun Vorschläge für eine Struktur des Chromophors.
<ul><li>
1 K. Ruppersberg, Nachr. Chem. 2018, 66, 625–628</li><li>
2 K. Ruppersberg, J. Hain, P. Mischnick CHEMKON, 2017, 24, 302–324</li><li>
3 H. von Euler, B. Eistert, Chemie und Biochemie der Reduktone und Reduktonate, F. Enke Verlag Stuttgart, 1957; G. Hesse, F. Rämisch, K. Renner, Chem. Ber. 1956, 89, 2137 und darin zitierte Literatur</li></ul>

Artikel

Der Farbstoff aus der Wöhlk‐Probe

Eine Schutzgruppe in Position 4 der Glucose reicht, damit sich die alkalische Zuckerlösung mit Ammoniak oder Methylamin verfärbt. Nun gibt es Hinweise darauf, was chemisch bei positiver Wöhlk-Probe beziehungsweise positivem Fearon-Test passiert. Bei der Wöhlk-Probe auf Lactose und Maltose aus dem...

Sphingolipide – polare Lipide, die Bestandteil von Zellmembranen sind und sich vom ungesättigten Aminoalkohol Sphingosin ableiten – wurden zwar im menschlichen Gehirn entdeckt, kommen aber in allen Lebensformen einschließlich Viren vor. Ihre Funktionen machen sie interessant für die Medikamentenforschung.
Im Jahr 1884 extrahierte Johan L. W. Thudichum eine rätselhafte Verbindung aus menschlichem Gehirn. Er nannte sie Sphingosin, nach dem mythologischen Rätsel der Sphinx. Thudichum isolierte noch weitere solcher Cerebroside und legte damit den Grundstein der Sphingolipidforschung.<h2>Struktur von Sphingolipiden</h2>Bis heute sind noch nicht alle Geheimnisse der Sphingolipide aufgeklärt. Sphingolipide (SL) haben ein modulares Grundgerüst (Abbildung 1), in dem eine Amidbindung die Sphingoidbase mit einer langen Fettsäure verknüpft. Die Sphingoidbase hat eine variable Kopfgruppe (R) (siehe Tabelle). Die einfachsten Vertreter der SL werden oft pauschal als Ceramide bezeichnet, von denen sich beispielsweise die Phosphosphingolipide (Sphingomyeline) und Glycosphingolipide durch die Kopfgruppe unterscheiden (Tabelle). 1–3)<figure><img src="https://media.graphcms.com/RqaCA19nSixqOEcPQyhu"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Sphingolipide bestehen aus einer Sphingoidbase (blau) und einer Fettsäure (rot). (S1P: Sphingosin-1-phosphat)</figcaption></figure>
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<label>Table 1</label><h2>Die Kopfgruppen der Ceramide entscheiden über die physikalischen Eigenschaften und biologischen Aktivitäten der Sphingolipide.</h2><img src="https://media.graphcms.com/IuERuXcrT06KgbO4oWVb">

</table-wrap>Die Struktur der Sphingoidbase als auch der verknüpften Fettsäureeinheit variiert je nach Organismus in Kettenlänge (häufig C-16 bis C-20), Verzweigungs- und Sättigungsgrad sowie Hydroxylierungsmuster. Die Strukturunterschiede innerhalb der Sphingoidbasen sind oft geringfügig, wie der Vergleich der Sphingoidbasen Sphingosin (1), Sphinganin (2) oder Sphingedien (3) zeigt. Diese unterscheiden sich nur durch eine Doppelbindung, haben aber unterschiedliche biologische Aktivitäten.3,4)Viele Bakterien produzieren Sphingoidbasen und Fettsäuren mit verzweigten Kohlenstoffgrundgerüsten, tierische Organismen hingegen weisen vorwiegend Grundgerüste mit gerader Kohlenstoffanzahl auf. Die Kopfgruppe (C-1) der Sphingoidbasen ist Ausgangspunkt von Strukturvariationen; die gängigsten Kopfgruppen fasst Tabelle 1 zusammen.Durch den modularen Aufbau von SL erstellt die Natur durch simple Modifikationen der Einzelbausteine eine enorme Strukturvielfalt. Den biologischen Aktivitäten der Sphingoidbasen und SL liegen enge Struktur-Aktivitätsbeziehungen zugrunde.4) Die Kenntnis des Sphingolipidoms, also der Gesamtheit aller SL, verbessert sich ständig durch bessere Analysemethoden und die Entdeckung neuer Sphingolipidproduzenten.<h2>Ursprung und Funktionen</h2>Lange wurde vermutet, dass SL ausschließlich in eukaryotischen Zellen vorkommen. Wie inzwischen jedoch bekannt ist, produzieren nicht nur Eukaryoten, sondern auch Prokaryoten und Viren SL.5) Sphingoidbasen und -lipide in den jeweiligen Produzenten dienen als essenzielle Strukturelemente der Membranen, übertragen zelluläre Signale oder lösen pathophysiologische Prozesse aus.Die am intensivsten untersuchten Sphingoidbasen im Mensch sind die essenziellen Signalmoleküle Sphingosin (1) und Sphingosin-1-phosphat (S1P, (4)), das aus (1) durch kinasenvermittelte Phosphorylierung entsteht. Während (4) Funktionen wie Zellbeweglichkeit, Zellerhaltung und Proliferation, also mitogene Effekte stimuliert, induziert (1) Mechanismen, die den Zellzyklus anhalten, also zum programmierten Zelltod (Apoptose) führen. Zudem ist die Produktion von S1P metabolomisch mit der von Ceramiden verknüpft. Das Konzentrationsverhältnis von Ceramid und S1P reguliert, ob eine Zelle sich teilt oder in einen stärker spezialisierten Zustand übergeht. Außerdem lässt sich Ceramid zu Ceramid-1-phosphat phosphorylieren und wird so von einem Differenzierungssignal zu einem Mitogen, stimuliert also unspezifische Immunantworten.Außer polaren Einheiten wie Phosphat, Cholin und Ethanolamin dienen Zuckerbausteine als Kopfgruppensubstituenten der SL.1–3) Glycosphingolipide sind elementar für die physikalischen Eigenschaften von Zelloberflächen sowie für viele Zellerkennungsprozesse und Signalübertragungsvorgänge.5) So ist es möglich, die Blutgruppe im Menschen anhand der Zusammensetzung der Ganglioside zu bestimmen, einer Gruppe meist wasserunlöslicher Glycosphingolipide.<h2>Pflanzen, Bakterien und Viren</h2>Auch Pflanzen haben ein ausgeprägtes Sphingolipidom, das bis zu zehn Prozent aller Pflanzenlipide ausmachen kann.6) In Pflanzen modulieren SL Membraneigenschaften und reagieren auf Sauerstoffmangel (Hypoxie) und Stressantworten, wie den Angriff von Schädlingen. Auch Pilze, die zu den Eukaryoten gehören, produzieren SL, vor allem Hefepilze wie S. cerevisiae, der als Modellsystem für die Biosynthese von SL dient.3,7) Bei krankheitserregenden Pilzen wie dem Schimmelpilz Aspergillus fumigatus gibt es starke Hinweise, dass SL zur Virulenz des Pilzes beitragen.8) Die SL beteiligen sich an der Modulierung von Membranfluidität und an der Lokalisierung von Lipid Rafts, die im Infektionsprozess als Andockstelle für Viren dienen.Nur eine phylogenetisch begrenzte Gruppe von Bakterien produziert SL; diese Bakterien sind häufig mit einem eukaryotischen Wirt assoziiert.9) Dazu zählen insbesondere Bacteroidetes, die im Darmtrakt vieler Säugetiere dominieren. Unabhängig davon, ob Bakterien freilebend oder mit einem Wirt assoziiert sind, tragen SL vermutlich dazu bei, dass die Bakterien abiotische Stressfaktoren wie hohe Salzgehalte und Temperaturen besser tolerieren. So können hydroxilierte SL die Membranfluididät einschränken, indem sie Wasserstoffbrückenbindungen bilden.10) Sulfonosphingolipide wurden zudem mit der Schwarm- oder Gleitfähigkeit von Flavobakterien in Verbindung gebracht: Sie ist vermutlich mit der erhöhten Wasserstoffbrückenkapazität verknüpft.1–3)Sphingolipidvermittelte Bakterien-Wirtwechselwirkungen sind vermutlich Jahrmillionen alt, wie die Räuber-Beuteinteraktion zwischen dem Choanoflagellat Salpingoeca rosetta, einem einzelligen Eukaryot, und Algoriphagus machipongenesis, einem Bacteroidetes, zeigt.11) Die bakteriellen Sulfonolipide induzieren eine besondere Form der Zelldifferenzierung. Durch die unvollständige Zellteilung bilden sich Kolonien multizellulärer Rosettenformen, die größere Mengen an Bakterien – ihrer Nahrungsquelle – erbeuten können. Die Signalmoleküle (Sulfonolipide) der Beutebakterien werden unter anderem durch freigesetzte Membranvesikel transportiert und von den Choanoflagellaten aufgenommen.12)Auch Viren produzieren SL, wie neue Sequenzierungsmethoden gezeigt haben. Einer dieser Viren ist der Coccolithovirus, ein Krankheitserreger, der den Plankton Emiliana huxleyi befällt und bei ihm durch SL den Zelltod auslöst.1–3)<h2>Biosynthese</h2>In Eukaryoten katalysieren membrangebundene Enzyme auf der cytosolischen Seite des endoplasmatischen Retikulums die Biosynthese von Ceramid (Abbildung 2).1–3) Diese beginnt mit der Kondensation der Aminosäure l-Serin mit Coenzym-A(CoA)-aktivierter Palmitinsäure zu 3-Ketosphinganin (3-KDS). Diesen Schritt katalysiert die Pyridoxalphosphat(PLP)-abhängige Serin-Palmitoyltransferase (SPT), er ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Biosynthese. In einer NADPH-abhängigen Reaktion reduziert anschließend die 3-Ketosphinganin-Reduktase (KDS-Reduktase) 3-KDS zu d-Erythrosphinganin (2). Die enzymatische Acylierung von (2) mit einer CoA-aktivierten Fettsäure (7) durch die Ceramidsynthase setzt Dihydroceramid (8) frei. Ceramid (5) entsteht, indem die Dihydroceramiddesaturase anschließend Dihydroceramid dehydriert.<figure><img src="https://media.graphcms.com/49kd2hvQAevh2GpIo2bn"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Biosynthese von Ceramid 5: enzymatische Reaktion von l-Serin mit Palmitoyl-CoA, anschließende enzymatische Reduktion, Acylierung und Desaturierung. SPT: Serin-Palmitoyltransferase, KDS: 3-Ketosphinganin-Reduktase, PLP: Pyridoxalphosphat.</figcaption></figure>
<h2>Sphingolipidinhibitoren</h2>Sphingolipidartige Naturstoffe sind insbesondere wegen ihrer Toxizität bekannt. Die Karzinogene aus der Familie der Fumonisine (Fumonisin B1, (9), Abbildung 3), die von Fusarium spp. und Aspergillus spp. produziert werden, sind für das Verderben von Getreide und daraus gewonnenen Lebensmitteln verantwortlich. Sie gehören zu den weltweit gefährlichsten Toxinen. Die Toxizität von Fumonisin beruht darauf, dass es das Enzym Ceramidsynthase in der Phytoceramidsynthese blockiert.<figure><img src="https://media.graphcms.com/7bYUow4zQXqp4WC0gWR2"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Die Grundstruktur fungaler Sphingoidlipidinhibitoren wie Fumonisin (9) und Sphingofungine ((10), (11)) ähnelt der von Sphingoidbasen.</figcaption></figure>
Eine weitere Familie von Sphingolipidinhibitoren sind Sphingofungine (Sphingofungin A (10), Sphingofungin B, (11)), die ebenfalls von Pilzen wie Aspergillus fumigatus produziert werden, der auch bei Menschen Krankheiten auslöst. Sphingofungine hemmen das Enzym Serinpalmitoyltransferase (SPT), das den ersten Schritt der Sphingolipidbiosynthese katalysiert, die Kondensation von Serin und Palmitoyl-CoA.1–3)Im Gegensatz zu Sphingolipiden beruht die Biosynthese der strukturverwandten Sphingolipidinhibitoren in Pilzen verutlich auf der Kondensation einer Fettsäure mit Alanin. Die dazu nötigen Fettsäureeinheiten werden zudem nicht von Fettsäuresynthasen, sondern von den verwandten Polyketidsynthasen aufgebaut.Ihre unterschiedlichen Enzymtargets machen Sphingolipidinhibitoren zu vielversprechenden therapeutisch nutzbaren Molekülen, etwa gegen schwer therapierbare Pilzinfektionen. Es gibt bereits mehrere chemische Totalsynthesen neuer Derivate mit spezifischer Aktivität; jedoch ließen sich die Resistenzmechanismen humanpathogener Pilze bisher nur in wenigen Fällen überwinden.13,14)<h2>Synthesen</h2>Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung, ihrer vielen Stereozentren und ihrer modularen Struktur sind SL seit den 1950er Jahren ein beliebtes Syntheseziel, und etliche enantioselektive Syntheserouten wurden bis heute entwickelt.14,15) Insbesondere Zucker oder Aminosäuren aus dem natürlichen Pool enantiomerenreiner Substanzen sind beliebte chirale Ausgangsmaterialien (Abbildung 4). Aber auch andere chirale Bausteine wie Wein- und Ascorbinsäure wurden zur Synthese verwendet. Auch dienen SL oft als Zielverbindungen, um neue asymmetrische Synthesen und chirale Auxiliare zu entwickeln.15)<figure><img src="https://media.graphcms.com/7Oldskj9T1Cyo2LFeC5s"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Als Ausgangsstoffe für die Totalsynthese von Sphingolipiden dienen bevorzugt chirale Verbindungen wie Zucker oder Aminosäuren, etwa bei Phytosphingosin (17) und RIF-1 (26).</figcaption></figure>
Synthesebeispiel A in Abbildung 4 zeigt die Synthese von d-ribo-Phytosphingosin (2), einem wichtigen Baustein für Glycosphingolipide. In zwei kurzen und modularen Syntheseroute entstand aus d-Lyxose (12) der geschützte Zucker (13).16,17) Es folgen Wittig-Reaktionen, die die Seitenketten einführen. Mit Tetramethylguanidiniumazid (TMGA) lässt sich die Azidgruppe stereoselektiv einbauen. Anschließende Kettenverlängerung via Wittig-Reaktion und reduktive Entfernung der Schutzgruppe sowie Reduktionen der Doppelbindungen liefern Phytosphingosin (17).Auch die Aminosäure Serin und deren Derivate wie Garneraldehyd (18) sind beliebte chirale Ausgangspunkte, etwa für die Synthese des Rosette-inducing factors 1 (RIF-1, (26)) (Abbildung 4B). RIF-1 ist ein Sulfonosphingolipid, das in dem Choanoflagellaten Salpingoeca rosetta Zelldifferenzierung und Koloniebildung induziert.11,12) Die Sphingoidbase des Sulfonolipid wurde aus Garneraldehyd in fünf Stufen stereoselektiv aufgebaut. Dafür wurde das Alkin nucleophil an den Aldehyd addiert, regioselektiv hydrosilyliert und unter Tamao-Fleming-Bedingungen oxidiert. Diastereoselektive Reduktion lieferte je nach Bedingungen das cis- oder trans-Produkt. Anschließendes Entschützen und Acylieren über α-Hydroxycarbonsäure (24) liefert das Sphingolipidgrundgerüst, und die Einführung der Sulfonsäure das gewünschte Sulfonolipid.Chemiker stellen immer mehr künstliche Ceramidderivate her, die bessere Zellgängigkeit aufweisen als ihre natürlichen Vorbilder, um Struktur-Aktivitätsbeziehungen zu bestimmen, Inhibitoren für den Ceramidmetabolismus zu generieren und Antitumoraktivitäten zu erzielen. So wirkt etwa das Pyridiniumceramidbromid (27) (Abbildung 5) in vitro und in vivo gegen Krebs. 1-Methylthiodihydroceramid (28) hemmt die Ceramidbiosynthese, indem es die Sphingosinkinase aktiviert.1–3,14) Diese katalysiert die Reaktion von Sphingosin zu Sphingosin-1-phosphat.<figure><img src="https://media.graphcms.com/8r4USTxmkEq5d2YcPuAt"><figcaption><label>Abb. 5: </label>Modifizierte Ceramidderivate (27) und (28) sowie bifunktionale Derivate (29) und (30).</figcaption></figure>
Ein wichtiges Syntheseziel sind derzeit multifunktionale SL wie (29) und (30), die sich eignen, um zelluläre Targets zu identifizieren oder sichtbar zu machen und um Membranfluiditäten oder Membranstrukturen zu visualisieren.18)<h2>Ausblick</h2>130 Jahre nach ihrer Entdeckung ist das Interesse an Sphingolipiden ungebrochen. Die Bedeutung von Sphingoidbasen und den daraus aufgebauten Sphingolipiden wurde erst jetzt erschlossen. Sie sind für viele Zellprozesse essenziell, und ihre Dysregulierung führt zu Krankheiten wie Entzündungen, Krebs oder Herzkreislauferkrankungen. Neue Synthesemethoden machen Derivate in wenigen Syntheseschritten zugänglich.Hochaufgelöste NMR-Spektroskopie und Massenspektrometrie ermöglichen, winzige Lipidmengen zu detektieren und zu charakterisieren, und fluoreszenzmarkierte Analoga machen lipidbindende Proteindomänen durch hochauflösende Mikroskopie in lebenden Zellen sichtbar.<h2>Quergelesen</h2>Sphingoidbasen und Sphingolipide sind Signalmoleküle.Aus ihrem modularen Grundgerüst ergibt sich ihre Strukturvielfalt.Als Ausgangspunkt, um Sphingolipide enantioselektiv zu synthetisieren, dienen häufig natürlich vorkommende enantiomerenreine Substanzen (chiral pool).Modifizierte Sphingolipide erlauben es, ihre zellulären Targets zu identifizieren und sichtbar zu machen.Die AutorenLuka Raguž, Jahrgang 1989, ist seit 2016 Doktorand in der Nachwuchsgruppe von Christine Beemelmanns und beschäftigt sich mit der Synthese und Modifizierung mikrobieller Naturstoffe. Er studierte von 2008 bis 2013 an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) Chemie mit Vertiefung im Bereich Organische Chemie und Chemistry for the Life Sciences.<div><img src="https://media.graphcms.com/AkjeTxfhTzCQDKO7QHr0">

</div>Christine Beemelmanns, Jahrgang 1981, leitet seit 2014 die Nachwuchsgruppe Chemische Biologie der Mikroben-Wirt-Interaktionen am Leibniz-Institut für Naturstoffforschung und Infektionsbiologie in Jena. Ihre Arbeiten widmen sich der Isolierung, Totalsynthese und Charakterisierung von Struktur-Aktivitätsbeziehung mikrobieller Naturstoffe. <email><a href="mailto:christine.beemelmanns@hki-jena.de">christine.beemelmanns@hki-jena.de</a></email><div><img src="https://media.graphcms.com/ZL1RVDdWQkOLtrjLso8J">

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