Neue Erkenntnisse der Schwefelchemie und Chemotaxonomie in Arten des Genus Allium

In dieser Arbeit wurden neue analytische Ansätze erprobt und erfolgreich angewendet um die Charakterisierung von Allium-Arten zu verbessern, bestimmte Substanzen zu isolieren und zu identifizieren. Die Artenvielfalt der Gattung Allium in Zentralasien ist, gemessen an anderen Regionen der Welt, se...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Kusterer, Jan
Beteiligte: Keusgen, Michael (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2010
Pharmazeutische Chemie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:In dieser Arbeit wurden neue analytische Ansätze erprobt und erfolgreich angewendet um die Charakterisierung von Allium-Arten zu verbessern, bestimmte Substanzen zu isolieren und zu identifizieren. Die Artenvielfalt der Gattung Allium in Zentralasien ist, gemessen an anderen Regionen der Welt, sehr hoch [Fritsch und Friesen 2002]. Viele dieser Arten werden volksmedizinisch angewendet und besitzen dadurch eine pharmazeutische Bedeutung. Die weitere Sicherung der Arten durch Sammlung, Identifizierung und Analyse der Inhaltsstoffe und ihrer Wirkung ist eine große Aufgabe für die pharmazeutische Biologie, Analytik und Pharmakologie. Eine sehr wichtige Gruppe von wertvollen Substanzen in der Gattung Allium sind die Cysteinsulfoxide. Die Derivatisierung von Cysteinsulfoxiden und Aminosäuren mit ortho-Phthaldialdehyd (OPA) und einem Thiol ist eine weit verbreitete Derivatisierungsreaktion zur Identifizierung und Quantifizierung von Cysteinsulfoxiden und Aminosäuren. HPLC-Methoden auf der Basis der OPA-Derivatisierung aus unserer Arbeitsgruppe wurden optimiert. Die Kopplung der HPLC-Methodik mit der HPLC-MS führte zu einer Erhöhung der quantifizierbaren Cysteinsulfoxide (12) und der erstmals simultan analysierten Aminosäuren (11). Die Analyse der Zwiebelproben von Allium-Arten war erfolgreich. Das Spektrum der untersuchten Arten war sehr vielfältig. Durch die angewendete Methodik konnten eindeutige Unterschiede zwischen Arten nachgewiesen werden. Diese Unterschiede zeigten sich sowohl in der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung der Cysteinsulfoxide als auch der detektierbaren Aminosäuren. Diese Unterschiede zeigten sich auf verschiedenen taxonomischen Niveaus. So zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen Proben einzelner Untergattungen. Aber auch in Proben von Arten der gleichen Sektion zeigten sich interessante neue Unterschiede. Die ermittelten Ergebnisse können hilfreich sein für die bestehende Taxonomie der Gattung Allium. Durch diese Arbeit ist ein Grundstock für eine differenzierte Chemotaxonomie der Gattung Allium, auf Basis der Cysteinsulfoxide, gelegt worden. Die Transferierung der kombinierten HPLC/ HPLC-MS Methode auf die Analyse von Vertretern anderer Reiche wurde durch die erfolgreiche Analysierung der Gehalte in Marasmius alliaceus bewiesen. Im Reich der Pilze, vor allem in der Klasse der Basidiomyceten, findet man viele Vertreter die Cysteinsulfoxide synthetisieren. Diese können mit der verwendeten Methodik analysiert werden. Die Isolierung der neuen Cysteinsulfoxide, von den bekannten Cysteinsulfoxiden und den in den Extrakten ebenfalls enthaltenen Aminosäuren, funktionierte nicht underivatisiert. Darum musste ein alternativer Weg gesucht werden. Dieser fand sich in der Trennung der OPA-derivatisierten Cysteinsulfoxide. Dieses Verfahren funktionierte und die OPA-Derivate zeigten normalerweise eine hohe Stabilität, so dass eine Strukturaufklärung mittels HPLC-MS, MS/MS, HR-ESI, FT-IR, photometrischen Methoden und NMR möglich war. Um die Struktur eines OPA-derivatisierten Cysteinsulfoxides zu bestimmen reichen bei unserer Methode im Schnitt 10 bis 30 g an Zwiebelmaterial aus. Es werden Wildtypen aus Zentralasien analysiert. Darum fehlt bei vielen Arten vor allem die Menge an Probenmaterial, um den Versuch einer klassischen Strukturaufklärung zu starten. Durch die Verifizierung von bislang unbekannten und bekannten Cysteinsulfoxiden mit der neuen Strukturaufklärungsmethodik ist eine Fülle an NMR-, IR- und MS-Daten entstanden, die bei neuen Strukturaufklärungen hilfreich sein werden. Die Aromakomponentenchemie der Gattung Allium ist sehr vielfältig [Block 1992]. Die verwendete Extraktionsmethode von Aromakomponenten wurde erfolgreich zur Bestimmung von Primär- und Sekundärmetaboliten eingesetzt. Substanzen, denen bislang nur eine Rolle als kurzlebiges Zwischenprodukt (Disulfoxide) für weitere Sekundärmetabolite zugeteilt wurde, konnten in hohen Konzentrationen gefunden werden. Ebenso konnten neue Stoffe, wie die Cepaen-Analoga des Homoisoalliin nachgewiesen werden. Dabei wird der Verwendung der Massenspektrometrie eine zentrale Rolle in der Strukturaufklärung zuteil. Die Möglichkeit der MS/MS-Fragmentierungen und HR-ESI-Messungen direkt aus verdünnten Methanollösungen der Aromaextrakte führte zu einer raschen Strukturaufklärung. Zusätzlich können auch HPLC-MS-Messungen durchgeführt werden, um mehrere noch unidentifizierte Stoffe anhand ihrer Retentionszeit und damit anhand ihrer Polarität zu beurteilen. Die präparative Trennung der Aromakomponenten ist möglich. Dadurch können weitergehende Strukturuntersuchungen durch NMR-, IR- oder photometrische Methoden durchgeführt werden. Die angefertigte Arbeit enthält somit neue Methoden zur Quantifizierung, Qualifizierung und Charakterisierung von Biomolekülen, die Vorstufen, bzw. pharmakologisch wirksame Komponenten von Allium-Extrakten darstellen.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2010.0127