Infrarotspektroskopie von Naturstoffen

Die Identifizierung biogener, flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) stellt eine besondere Herausforderung für Naturstoffchemiker dar. Standardmethoden der Strukturaufklärung wie NMR oder Röntgenkristallstrukturanalysen können nicht angewandt werden, da die genannten Verbindungen in der Regel nur in sehr geringen Mengen und in komplexen Mischungen verfügbar sind.  Die wichtigste Methode für die Untersuchung von VOCs ist die GC/MS, welche eine hohe Sensitivität mit der chromatographischen Auflösung eines Gaschromatographen vereint. Die aus GC/MS-Analysen erhältlichen Elektronenstoßionisations (EI)-MS-Spektren lassen wichtige Schlüsse in Bezug auf viele strukturelle Merkmale organischer Verbindungen zu. Die hohe Vergleichbarkeit von EI-MS-Spektren ermöglicht zusätzlich den automatisierten Abgleich der gemessenen Spektren mit katalogisierten Literaturspektren. Dennoch ist die Aussagekraft dieser Analysetechnik begrenzt und führt in manchen Fällen nicht zu ausreichender Strukturinformation um eine Identifizierung zuzulassen.  Neuartige GC/DD-FTIR (Direct Deposition Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie)-Geräte sind inzwischen in der Lage, hochaufgelöste Infrarotspektren aus nur Nanogramm-Mengen Substanz zu gewinnen und somit die massenspektrometrischen Analysen zu ergänzen. IR-Spektroskopie liefert zu Massenspektrometrie orthogonale Information insbesondere über funktionelle Gruppen und die Konfiguration von C-C-Doppelbindungen. Ein weiterer Vorteil von IR-Spektren ist darüber hinaus ihre Vorhersagbarkeit mit modernen Rechenmodellen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie. Durch die Simulation von IR-Spektren und Vergleich von Simulation und Experiment kann eine dritte Ebene an Information kreiert werden, mit der die infrage kommenden Strukturen weiter eingrenzt werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden GC/DD-FTIR-Analysen erfolgreich eingesetzt, um mehrere VOCs zu identifizieren, die nur basierend auf GC/MS-Analysen nicht aufgeklärt werden konnten. Weiterhin wurde die Anwendbarkeit der Methodenkombination aus GC/MS, GC/DD-FTIR und Simulationen von IR-Spektren am Beispiel der Unterscheidung von Konstitutionsisomeren ungesättigter Ketone gezeigt. Letztendlich konnte mit der entwickelten Methodik außerdem eine Reihe bisher unbekannter bicyclischer Lactone aus Salinispora-Bakterien aufgeklärt werden.