Richard Kuhn (1958) - On the Amadori Compounds

Meine sehr geehrten Damen und Herren, die Aminosäuren, von denen sich die Peptide und die Proteine ableiten, sind alle dadurch charakterisiert, dass sie gleichzeitig eine Aminogruppe NH2 und eine Karboxylgruppe enthalten. Richard L.M. Synge hat uns vorgestern erst die zwanzig wichtigsten dieser Aminosäuren in ihren Formelbildern im Einzelnen vorgeführt. Auf der anderen Seite bauen sich die wichtigsten Kohlehydrate der Natur, die Zellulose, die Stärke und viele andere auch aus Zuckereinheiten, die dadurch charakterisiert sind, dass sie auch zwei funktionelle Gruppen in ihren Molekülen enthalten, eine Hydroxylgruppe OH und eine Aldehydgruppe, wie dies ursprünglich Emil Fischer für die Aldosen formuliert hat. Später hat sich herausgestellt, dass diese Zucker in Wahrheit als zyklische Halbacetale vorliegen, wie Sie es ganz rechts an der Tafel angeschrieben sehen. Im einen Fall bei den Peptiden und bei den Proteinen bilden sich formell unter Austritt von Wasser lauter CONH-Gruppen, die die einzelnen Aminosäuren verknüpfen, das sind die sogenannten Peptidbindungen. Auf der anderen Seite kann unter Austritt von Wasser zwischen derartigen zyklischen Halbacetalen aus einem einfachen Zucker ein Disaccharid, ein Trisaccharid usw. entstehen. Die Frage, die uns heute beschäftigen soll, ist nun die, ob in der Natur nicht auch Verbindungen vorkommen, an deren Aufbau gleichzeitig sowohl Aminosäuren als auch Zucker beteiligt sind. Man kennt in der Tat eine große Zahl derartiger Naturprodukte, die sich vielfach durch hohe und bemerkenswerte physiologische Wirksamkeiten auszeichnen, zum Beispiel die Blutgruppensubstanzen. Sie sind aufgebaut aus vier verschiedenen Zuckern und elf verschiedenen Aminosäuren, sie haben ein Molekulargewicht von einer Million, von zwei Millionen. Bei der Hydrolyse, also bei der Spaltung mit verdünnten Säuren bekommt man dann nebeneinander Aminosäuren einerseits und die einfachen Zucker auf der anderen Seite. Und viele andere Naturstoffe, die sogenannten Mucine, Mucopolysaccharide und unter anderen Bezeichnungen findet man sie in der Literatur, sind ebenfalls solche, die sowohl aus Aminosäuren wie aus Zuckern aufgebaut sind. Und anhand dieser einfachsten Formelbilder, die an der Tafel stehen, kann man sich nun überlegen, in welcher Art die chemische Reaktion zwischen einer Aminosäure und einem Zuckermolekül ablaufen kann. Wir wollen nicht gleich an eine Aminosäure denken, sondern zunächst irgendein Amin, zum Beispiel Anilin uns hier vorstellen, das man mit Glukose als dem einfachsten Zucker zur Reaktion bringt. Und diese Reaktion ist vor vielen Jahren zum ersten Mal eingehender studiert worden von Mario Amadori. Er war 1886 geboren und später als Professor der Chemie an der Universität in Modena tätig. Er hat verschiedene Lehrbücher über anorganische und allgemeine Chemie und auch über pharmazeutische Chemie geschrieben. Die Reaktion von Anilin mit Glukose bildet eine Sondergruppe innerhalb der Interessensgebiete, die er bearbeitet hat. Amadori hat nun Folgendes gefunden, dass bei einer Reaktion von Anilin mit Glukose nicht ein Kondensationsprodukt entsteht, sondern deren zwei. Unter Austritt von Wasser. Die beiden Reaktionsprodukte sind isomer und die Interpretation, die er seinen Befunden gegeben hat, war die, dass in einem Fall die Aminogruppe mit dieser OH-Gruppe unter Wasseraustritt reagiert, sodass Sie dann anstelle von OH NHC6H5 bekommen, also ein echtes N-Glukosid, wie man sagt. Diese Verbindung ist durch Säure leicht spaltbar, man bekommt Anilin und Glukose zurück und daher hat Amadori diese Substanz als das labile Produkt bezeichnet. Daneben erhielt er aber noch eine zweite Verbindung, die durch Säure nicht in gleicher Weise in die Ausgangsprodukte wieder zurückgespalten werden konnte, und die hat er das stabiles Reaktionsprodukt genannt. Und aufgrund der alten Formel des Traubenzuckers, die Emil Fischer noch so beschrieben hatte, war es naheliegend, dass Amadori die Schlussfolgerung gezogen hat, dass in diesem Fall diese Aminogruppe mit dieser CO-Bindung unter Wasseraustritt reagiert, sodass hier CH Doppelbindung N entsteht. Das sollten die stabilen Verbindungen sein. Und eine Untersuchung, die im Jahre 1937 von Herrn Weigand. mit mir ausgeführt wurde, hat sich gezeigt, dass die Formulierung der labilen Verbindungen, wie sie Amadori vorgenommen hat, richtig ist. Dass aber die sogenannten stabilen Verbindungen keine Schiffsche Basen, sind, sondern dass sie durch eine molekulare Umlagerung gebildet werden, wie man aus diesen einfachsten Formeln nicht ohne Weiteres begreifen und verstehen kann. Und wir haben für diese Art der Umlagerung den Namen Amadori-Umlagerung benützt. Diese Namengebung ist verschieden kommentiert worden. Einerseits hat Herr Doktor Hodge, ein Amerikaner, der einen ausführlichen Handbuchartikel über die Amadori-Umlagerungen verfasst hat, mir in einem Brief geschrieben Auf der anderen Seite ist aber der Ausdruck Amadori-Verbindungen nach dem Tode Amadoris 1941, also während des Zweiten Weltkriegs, im Alter von 55 Jahren, gestorben. Nach seinem Tode, also jetzt im letzten Jahr, ist dagegen umgekehrt der Ausdruck Amadori-Verbindung immer mehr Mode geworden, und er wird heute für viele molekulare Umlagerungen angewandt, die meiner Meinung nach diesen Ausdruck gar nicht verdienen. Vielleicht ist es auch in den Bereichen der Forschung manchmal so, manche Menschen sind gar nicht so schlecht wie ihr Ruf, aber sie sind auch nicht so gut, wie ihr Nachruf. Wir wollen nun genauer zusehen, was eigentlich passiert. Dass diese stabilen Amadori-Verbindungen nicht nach diesem Schema entstehen, und ich bitte um das erste Lichtbild. Bei der Reaktion von Glucose, von Traubenzucker, mit Para-Toluidine entsteht zunächst schön kristallisierend dieses echte N-Glucosid, das Amadori auch schon in den Händen hatte, und man kann daraus, durch Erhitzen, durch vorsichtiges Schmelzen oder durch Erhitzen in Lösungsmitteln, die kleine Mengen von Wasserstoffionen enthalten, zum Beispiel in Pyridinlösung unter Zusatz von etwas Eisessig und unter anderen Bedingungen diese molekulare Umlagerung, die Amadori-Umlagerung vollziehen, die nun zu diesem Produkt führt. Es ist also aus der Aldehydgruppe der Glucose, die ursprünglich hier stand, nun eine Ketogruppe in Zweistellung geworden und dieses Reaktionsprodukt ist jetzt ein Derivat der Fructose. Wir sind von der Glucose, der Aldose ausgegangen und sind bei einem Derivat der Fructose, der Ketose gelandet. Der Konstitutionsbeweis, der seinerzeit mit Weigand erbracht wurde, besteht darin, dass man durch katalytische Hydrierung mit Platin beispielsweise oder mit Nickel diese CO, die Karbonylgruppe zu CHOH reduzieren konnte, und dass man dabei ein Derivat des Mannosylamins bekam. Ein Derivat, das auch aus Mannose auf anderem Weg von uns gewonnen werden konnte. In neuerer Zeit ist ein zweiter Konstitutionsbeweis hinzugekommen. Er besteht darin, dass man eine derartige Amadori-Verbindung in schwach saurer Lösung mit Palladiumhydroxid Bariumsulfat katalytisch so hydrieren kann, dass eine Entarylierung stattfindet. Die Polyl-Gruppe wird in Form von vier Methyclohexanon abgespalten und es entsteht dabei das sogenannte Isoglucosamin, das Emil Fischer schon im Jahre 1886 in der Hand hatte. Er hatte es durch Reduktion von Phenylglycosation mit Zinkstaub in essigsaurer Lösung erhalten. Diese alte Arbeit von Emil Fischer war die erste Überführung der Glucose in die Fructose gewesen, denn er konnte aus diesem Isoglucosamin durch Einwirkung von salpetriger Säure die NH2-Gruppe durch OH ersetzen. Und nachdem er von Glucose ausgegangen war, ist es so erstmals zur Fructose gekommen. Das ist für die weitere Aufklärung von grundsätzlicher Bedeutung gewesen. Zu dieser katalytischen Entarylierung, die Sie hier sehen, möchte ich einige präparative Bemerkungen machen. Es ist auffallend, dass man sowohl mit Platinkatalysatoren als auch mit Nickelkatalysatoren hier immer eine Carbonylgruppe zu CHOH hydriert. Wenn Sie Platindioxid PtO2 nach Roger Adams nehmen, dann wird überdies dieser Benzolkern hydriert, und Sie erhalten die entsprechende Zyklohexylverbindung. Wenn Sie aber mit Palladiumkatalysatoren an dieselbe Substanz herangehen, dann bleibt sehr bemerkenswerterweise diese Keto-Gruppe unversehrt, und es wird nur Aryl abgespalten. Anstelle dieses speziellen Palladiumkatalysators, den Herr Haas entwickelt hat und, den wir heute viel benützen, kann man auch andere Palladiumkatalysatoren für derartige Reaktionen verwenden, aber die Geschwindigkeit in der Entarylierung sind mit den hier angegebenen Kontakt im Durchschnitt 20- bis 50-mal größer, als wenn Sie einfach PtO oder dergleichen verwenden. In dieser Hinsicht stellt das Palladiumhydroxid Bariumsulfat als Katalysator ein extremes Gegenstück zu einem anderen Katalysator dar, der neuerdings bemerkenswert geworden ist. Es handelt sich um Aluminium, das mit Rhodium überzogen ist. Mit derartigen Katalysatoren kann man Benzylether zu den entsprechenden Cyclohexylethern katalytisch hydrieren, ohne dass es zur Abspaltung von Toluol kommt. Derartige Entarylierungen sind ja in sehr großer Zahl bekannt gewesen, falls hier noch eine CH2-Gruppe zwischen dem Benzolkern und dem Stickstoff steht, dann kann man durch katalytische Hydrierung hier Toluol bzw. Toluolderivate abspalten und das geht eben hier ganz besonders leicht mit diesem Palladiumkatalysator, während dieses Aluminium-Rhodium genau umgekehrt nur das hydriert, ohne das andere anzugreifen. Ich will hier auch noch auf Folgendes aufmerksam machen. Die Amadori-Umlagerung geht praktisch nicht mit Ammoniak. Wenn Sie Glucose mit Ammoniak umsetzen, so können Sie nicht zu Isoglucosamin gelangen. Und das ist eine Erscheinung, die auch sonst in der organischen Chemie oft auftritt, dass eine Reaktion mit Ammoniak aus besonderen Gründen nicht in die gewünschte Richtung geht, dass sie aber ganz glatt verläuft, wenn wir sie mit Anilin oder mit derartigen Derivaten des Ammoniaks durchführen. Durch den Katalysator, von dem ich hier gesprochen habe, ist es nun sehr allgemein möglich, in solchen Fällen Kondensationen, das heißt Synthesen, zunächst mit Anilin beispielsweise durchzuführen und dann durch katalytische Entarylierung am Ende diese Arylgruppen wieder abzuspalten. So sind zahlreiche Aminoketone, auch Peptide und dergleichen in letzter Zeit in unserem Laboratorium erhalten worden, also Synthesen, die zunächst N-Phenylpeptide liefern, die man durch Entarylierung mit diesem Kontakt in sehr guter Ausbeute wieder zurückgewinnen kann im freien Zustand. Das nächste Bild soll Ihnen nun zeigen, dass diese sogenannte Amadori-Umlagerung nur der Spezialfall einer viel allgemeineren Erscheinung ist, die bereits im Jahre 1886 von Voigt beschrieben worden ist. Es handelt sich um die Kondensation von Benzoin mit Anilin. Benzoin, das ist C6H5.CH(OH).CO.C6H5, also eine ganz einfache Substanz, die ähnlich wie die Zucker eine CH(OH)- und eine CO-Gruppe enthalten. Und Voigt hatte durch Kondensation von Benzoin mit Anilin eine Substanz erhalten, die er so formuliert hat: Wasseraustritt zwischen der CO- und der NH2-Gruppe, aber das ist nicht richtig. Es hat sich herausgestellt, dass das Umsetzungsprodukt in Wirklichkeit ein Aminoketon dieser Art ist. Und deshalb hat man angenommen, dass das Anilin nicht mit der CO-Gruppe, sondern mit der CH-(OH)-Gruppe des Benzoins unter Wasseraustritt reagiert. Aber auch das ist nicht richtig. Die Reaktion verläuft viel mehr so, und das ist erst 1940 in England aufgeklärt worden von Cowper und Stevens, das war in der Zeit, wo man noch nicht mit radioaktiv markierten Isotopen gearbeitet hat, wo man aber ähnliche Schlussfolgerungen mit gleicher Schärfe auch dadurch ziehen konnte, dass man Substituenten an den Molekülen anbrachte. Wenn Sie also ein Benzoin nehmen, in dem der eine von den beiden Benzolkernen durch OCH3 ersetzt ist, und Sie lassen dieses mit Anilin reagieren, dann hat das Reaktionsprodukt die hier angegebene Konstitution. Man findet also den Stickstoff an dem C-Atom, wo ursprünglich die CO-Gruppe war. Und die CH-(OH)-Gruppe ist durch CO zu CO dehydriert worden. Und das ist, wie mir scheint, die einfachste Art der Umlagerung, zu der die Amadori-Verbindung als Spezialfall für den Übergang von Aldosen in Ketosen hinzukommt. Der Kontrollversuch ergibt dasselbe. Es ist also so, dass bei der Substitution durch den Stickstoff gleichzeitig eine Oxydoreduktion im Molekül stattfindet. Das ist der allgemeine Fall, und Amadori und das ist etwas Spezielleres. Die Substituenten am Benzolkern spielen nun auch bei der Amadori-Umlagerung eine sehr große Rolle. Wenn man anstelle von Anilin Ortho-, Meta- oder Para-Toluidine verwendet. Diese Verhältnisse sind von Micheel in Münster sorgfältig studiert worden. Hier findet man unerwartet große Einflüsse. Wenn Sie zum Beispiel Glucose mit Ortho-, Meta- und Para-Toluidine kondensieren unter genau gleichartigen Bedingungen, dann erhalten Sie im Fall der Ortho-Verbindung eine Ausbeute von 62 Prozent der Theorie und im Fall der Para-Verbindung von 79 Prozent der Theorie an Amadori-Verbindungen, während im Fall der Meta-Verbindung 71 Prozent des N-Glucosids unverändert bleiben. Ähnlich groß ist der Einfluss von Methoxygruppen, Ortho-, Meta- und Para-Anisidine geben, wie Sie sehen, 70 und 74 Prozent Amadori-Verbindungen bzw. im Fall der Meta-Verbindung 70 Prozent unverändertes N-Glycosid. All das ist für den Mechanismus dieser Umlagerung wesentlich, weil es zeigt, dass es auf die Elektronendichte an denjenigen C-Atomen ankommt, die mit dem Stickstoffatom verknüpft sind. Ist sie so verändert, dass eine Protonisierung, also die Anlagerung von H+ an Stickstoff begünstigt wird, so scheint die Umlagerung besonders leicht abzulaufen, während sie im umgekehrtem Fall praktisch ausbleibt. Kommen wir nun zur Frage, welches die genaue Formulierung der Amadori-Verbindungen ist. Also zur Frage, ob es sich um echte Ketone mit CO-Doppelbindung handelt oder ob es zyklische Halbacetale sind, die wir als Furanosen mit einem 5-Ring oder als Pyranosen mit einem 6-Ring zu schreiben haben. Diese Frage ist bisher selbst für die einfachste Stammsubstanz, nämlich für das Isoglucosamin von Emil Fischer noch nicht beantwortet gewesen. Aus diesem Grund sind in letzter Zeit von Herrn Doktor Krüger in unserem Institut diesbezügliche Versuche angestellt worden, über deren Ergebnis ich hier berichten will. Das nächste Bild soll Ihnen die in Betracht kommenden Möglichkeiten ausführlicher veranschaulichen. Hier die Amadori-Verbindung als echte Ketose geschrieben CO. Man kann sich vorstellen, dass sie in eine Pyranose-Form übergehen kann. Eine solche Verbindung sollte Mutarotation zeigen. Und tatsächlich findet man bei vielen Amadori-Verbindungen, wenn auch nicht bei allen, dass sie in verschiedenen Lösungsmitteln mutarotieren. Und in entsprechender Weise kann man sich auch eine Furanose-Form mit 5-gliedrigem Sauerstoffring vorstellen, die auch direkt mit anderen Formen im Gleichgewicht stehen könnten. Das sind also die drei Haupttypen Pyranose, Ketose und Furanose. Es kommt aber noch Folgendes hinzu. Die Amadori-Verbindungen sind amphoter in ihren Eigenschaften. Die hier angeschriebene Substanz ist in Wasser gar nicht leicht löslich. Wenn man aber etwas Säure zugibt oder auch, wenn man etwas Alkaloid zugibt, so geht sie spielend in Lösung. Und in einem Fall mag eben durch Anlagerung eines Protons an den Stickstoff und im anderen Falle möglicherweise durch Enolisierung durch Bildung eines Natriumsalzes die sehr viel größere Wasserlöslichkeit erklärt werden. Diese Enolformen der Amadori-Substanzen gehören in die Gruppe der Reduktone, die Hans von Euler seit vielen Jahren systematisch bearbeitet. Und sie zeigen besondere Reduktionswirkungen. Sie reduzieren Kaliumferricyanid in alkalische Lösung, Triphenyltetrazoliumsalze schon in der Kälte. Sie reduzieren vor allem sehr leicht Orthodinitroverbindungen, zum Beispiel 1,2-Dinitrobenzol oder 3,4-Dinitrobenzoesäure zu tiefvioletten Farbstoffen. Und von diesen Reduktionswirkungen macht man zum Nachweis der Amadori-Verbindung heute allgemein gebraucht. Ich will nun an einem Beispiel wenigstens zeigen, wie die Festlegung der Spannweite der Sauerstoffringe an speziellen Derivaten durchgeführt worden ist. Das nächste Bild ist ein Derivat der Amadori-Verbindung, die Sie gesehen haben, das man mit Benzaldehyd kondensiert hat. Die Substanz war schon von Micheel beschrieben. Es liegt nicht ein Ring von 2 nach 3, sondern ein derartiger Heteroring vor, wie ich es hier angeschrieben habe. Und das Formelbild, das Sie hier sehen, das nimmt im Übrigen das Ergebnis, das was ich zeigen möchte, schon vorweg. Es ist nämlich hier der sechsgliedrige Ring der Pyranose geschrieben. Und der Beweis hierfür ist in diesem Fall nach der klassischen Methode von Walter Norman Haworth durch Permethylierung erbracht worden, Permethylierung heißt, mit Methyliodid und Silberoxid in Dimethylformamid als Lösungsmittel, was in einer Reaktion die Permethylierung im Allgemeinen gestattet. Und Sie sehen, dass alle drei OH-Gruppen methyliert worden sind, und sie können dann mithilfe von verdünnter Salzsäure zunächst den Benzaldehyd abspalten und anschließend durch katalytische Hydrierung mit dem schon erwähnten Palladiumhydroxid Bariumsulfat hier die Entarylierung vornehmen, sodass man zu einem Trimethyl-Isoglucosamin kommt, indem sich nun mithilfe von salpetriger Säure die NH2-Gruppe leicht durch OH ersetzen lässt, und wenn man dann nochmals permethyliert und mit verdünnter Säure abspaltet, dann bekommt man in guter Ausbeute mit Schmelzpunkt 98 – 99 °C die 1-3-4-5-Trimethylfructose, die seit Langem bekannt ist. Das zeigt also, dass diese Substanz ursprünglich ausschließlich in der Pyranose-Form vorgelegen hat. Im Bezug auf Furanose-Formen sind die heutigen Erkenntnisse etwa die Folgenden. Es ist schon von Micheel beobachtet worden, dass die 4,6-Benzylidene-Glucose außerordentlich leicht, hier steht sehr leicht, eine Amadori-Umlagerung eingeht, und dass das Reaktionsprodukt im Infrarotspektrum bei 17^15 bis 17^25 die charakteristische CO-Frequenz besitzt. Das heißt, hier liegt ein echtes Keton vor, obwohl am C-Atom 5 eine OH-Gruppe frei ist, die zur Bildung eines zyklischen Halbacetal, das heißt, einer Furanose Anlass geben könnte. In dieser Hinsicht unterscheiden sich die Amadori-Verbindungen, die stickstoffhaltige Derivate der Fructose sind, allem Anschein nach wesentlich von der Fructose selbst. Die Fructose geht nämlich leicht in Derivate der, die Fructose, die in kristallisiertem Zustand Pyranose darstellt, geht, das ist von Herrn Grassner ausführlich untersucht worden, zum Beispiel in Dimethylformamid als Lösungsmittel zum überwiegenden Teil in die Furanose-Form über, sodass man bei gewöhnlicher Temperatur in wässriger Lösung fast nur Pyranose in Dimethylformamid, aber ganz überwiegend die Furanose-Form vorliegen hat. Nach der Spannweite dieser Sauerstoffringe ist nicht nur für die reine Konstitutionschemie, sondern sie ist auch physiologisch wichtig. Sie wissen zum Beispiel aus den Arbeiten von Harden und Young, von Otto Meyerhof und vielen anderen über den Abbau der Kohlehydrate in den lebenden Zellen, dass das Hexosediphosphat ein wesentliches Reaktionszwischenprodukt ist. Und diese Verbindung kann, wie Sie sehen, nur als Furanose existieren, nämlich nur mit 5 Ringen, weil diese Stellung hier besetzt ist. Und so hat sich, das wollte ich im Zusammenhang mit dieser Frage Furanose, Pyranose erwähnt haben, unter anderem Folgendes herausgestellt. Man darf also vermuten, dass irgendwie die Furanose-Form Zwischenprodukt bei der alkoholischen Gärung oder dergleichen sein wird. Und so hat man gefunden, es gibt Hefen, Brauereihefen, die auch bei tiefen Temperaturen sehr rasch zu gären vermögen. Wenn man Fructose, kristallisierte Fructose ganz frisch gelöst einer solchen Hefe zur Gärung anbietet, dann findet sie im Wesentlichen die 6-gliedige Pyranose-Form, und die wird ganz langsam vergoren. Wenn man aber erst die Lösung der kristallisierten Fructose ausmutarotieren lässt oder dergleichen, sodass sich teilweise das hier schon ausgebildet hat, dann geht die Gärung viel schneller. All diese Beobachtungen sind noch nicht in allen Einzelheiten gesichert, aber sie sind von Gottschalk beschrieben worden und sind sicherlich in mannigfacher Hinsicht interessant und verlockend zu weiteren Prüfungen. Dieser Unterschied zwischen den Amadori-Verbindungen und der freien Fructose kommt nun noch in einer Reihe von weiteren Umsetzungen dieser Verbindungen zum Ausdruck, die Amadori-Reaktion liefert nicht immer so gute Ausbeuten, wie Sie es an den Toluidinen gesehen haben. Wenn man zum Beispiel Pentosen, Arabinose, Ribose oder dergleichen, unter den geschilderten Bedingungen der Amadori-Umlagerung unterwirft, dann bekommt man im Wesentlichen braune Schmiere. Und das ist eine Erscheinung, die bei der Umsetzung von Aldehyden und Ketonen mit Aminen gar nicht so selten ist. Ich habe erwähnt, dass man diese Verbindungen C Doppel NH, die dabei formell entstehen sollten, allgemein Schiffsche Basen nennt. Hugo Schiff ist Professor der Chemie an der Universität in Florenz gewesen. Und mein Lehrer Richard Willstätter, der ihn näher kannte, hat mir einmal Folgendes erzählt. Die Studenten und die Doktoranden des Instituts von Professor Schiff hatten eine Delegation zum Rektor geschickt mit dem Ersuchen, der Rektor und Senat der Universitatis Firenze möchten doch auf Herrn Professor Hugo Schiff dahingehend einwirken, dass er Doktorarbeiten vergibt, bei denen kristallisierende Substanzen herauskommen. Dieser Erscheinung begegnet man also auch auf diesem Gebiete wieder. Und heute ist man nur allzuschnell geneigt, in solchen Fällen gleich zur chromatografischen Aufarbeitung derartiger Reaktionsprodukte zu schreiten. Aber, wenn es sich um die Gewinnung größerer Substanzmengen handelt, dann, ich will nur daran erinnern, was Paul Karrer uns von der chromatografischen Aufteilung der Curare-Gifte erzählt hat, dann ist es eine Arbeit, die sehr lange dauern kann. Und deshalb ist es nicht so überflüssig, wenn man sich braunen Schmieren gegenübersieht, auch danach zu suchen, ob es nicht etwa spezifische Fällungsmittel gibt, mit denen man die gewünschte Substanz aus derartigen Gemischen leicht kristallisiert ausfällen kann, so ähnlich, wie es die alten Chemiker stets zu finden bemüht waren. Und auch in diesem Fall der braunen Schmieren, wie sie etwa aus Pentosen und anderen Zucker unter den Bedingungen bekommen, ist von Herrn Krüger ein derartiges spezifisches Fällungsmittel gefunden worden, das die Abscheidung der Amadori-Verbindungen unmittelbar in Form von schön kristallisierenden Derivaten gestattet. Das sind Diazoniumsalze. Wenn Sie eine Lösung von diazodierten Anilin Para-Bromanailin oder dergleichen zugeben, dann fällt Ihnen eine gelbe, schön kristallisierende Substanz aus und was noch so an überschüssigen Amin in der Lösung war, das reagiert natürlich auch mit dem Diazoniumpartner, aber all diese noch nicht in Reaktion getretenen Amine geben nun Derivate, die sich leicht mit organischen Lösungsmitteln ausschütteln lassen oder wegwaschen lassen, während die hydroxylreichen Derivate der Amadori-Verbindung nicht in Ether, Chloroform usw. gehen. Das nächste Bild zeigt Ihnen nun, was dabei entsteht. Man bekommt in vorzüglichen Ausbeuten die Diazoamido-Verbindungen. Das Diazoniumkation kuppelt mit dieser NH-Gruppe bei den Aryldiazo-Amidoverbindungen und führt zu diesen gelben und schwer löslichen Derivaten. Und die haben nun die angenehme Eigenschaft, dass sie sich durch Einwirkung von Natriumdithionit von NH2S2O4 glatt wieder zurückspalten lassen in die Amadori-Verbindungen, die Sie wollten. Dieses Verfahren hat sich bereits in zahlreichen Fällen bewährt. Wenn man diese gelben Diazoamido-Verbindungen mit Spuren von Säuren energischer behandelt, dann erleiden sie die altbekannte Umlagerung von Diazoamidobenzol in Amido-Azokörper, das heißt, Sie bekommen dann Rot und weitere Derivate, die natürlich nicht mehr in derselben Weise reagieren. Ein anderer Unterschied zwischen der Fructose und den Amadori-Verbindungen tritt auch in Erscheinung bei der Reaktion mit den SH-Gruppen, mit Merkaptan. Die gewöhnlichen Aldosen, Ketosen reagieren mit Merkaptan in Gegenwart von HCl unter Bildung von derartigen Merkaptanen, das heißt, es treten zwei SR-Gruppen in das Molekül ein. Diese Reaktion findet bei den üblichen Amadori-Verbindungen nicht statt, sondern kommt in guten Ausbeuten zu schön kristallisierenden Derivaten, die nur eine SR-Gruppe im Molekül besitzen und die wir als Thioglycoside dieser Ketoformen der Amadori-Verbindungen auffassen. Nun die Absorptionsspektren der Amadori-Verbindungen. Das Absorptionsspektrum der gelben Diazoamidoverbindung, die wir zur Abscheidung benützen, und aus der wir mit Dithionit die Amadori-Verbindung wieder in Freiheit setzen können und schließlich ins Langwellige verschobene Absorptionsband eine entsprechend rote Azoverbindung, die dann durch Umlagerung der Diazoamide in die Azogruppierung zustande kommt. Das nächste Bild zeigt nun hier anhand von vier Beispielen, wie sich diese Amadori-Verbindungen in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Das sind die Diazoamidoverbindungen, die aus N-para-tolyl Amadori-Verbindung und die aus azodiertem paradrome Anilin erhalten worden sind. Einerseits Glucose, Galactose, Rhamnose und Xylose. Und schon am IR-Spektrum merkt man, dass diese beiden Reaktionsprodukte zyklisch gebaut sind, also Halbacetate. Während im Fall der Rhamnose und der Xylose echte CO-, echte Karbonylbanden im Infrarotspektrum zu erkennen sind. Und in Übereinstimmung davon findet man, dass diese laut IR-spektrozyklischen Amadori-Verbindungen mutarotieren, wenn man sie beispielsweise in Pyridin löst, während diejenigen, die als echte Ketone vorliegen, keine Mutarotation zeigen, hier bleibt das Drehungsvermögen zeitlich konstant. Und im Bezug auf die Absorptionsspektren derartiger Verbindungen kann man allgemein sagen, es stimmt praktisch mit dem Absorptionsspektrum der zugrundeliegenden Diazoamidoverbindungen überein. Es ist ja nur dieses H-Atom hier jetzt durch einen Zuckerrest ersetzt, der selbst keinen wesentlichen Beitrag als Chromophor liefert. Ich will damit die rein chemischen Betrachtungen über die Spannweite des Sauerstoffs rücken und über die Existenz der echten Ketoformen abschließen, um mich jetzt denjenigen Amadori-Verbindungen zuzuwenden, die physiologisch von Bedeutung sind. Die Amadori-Umlagerung ist an der Umsetzung von Anilin mit Glucose entdeckt worden. Eine Reaktion, die physiologisch, soviel wir wissen, nicht sehr wesentlich ist. Aber vor etwa zwei Jahren ist nun von Borsuk in Kalifornien die Entdeckung gemacht worden, dass Amadori-Verbindungen auch in lebenden Zellen und Geweben vorkommen, dass sie vor allem in der Leber der verschiedensten Tiere, auch des Menschen, in beachtlichen Mengen auftreten. Man hat sie an diesen spezifischen Reduktionswirkungen erkannt, von denen bereits die Rede gewesen ist, in Papierchromatogrammen. Und man fragt sich, ob nicht die, vor allem in der Leber jetzt nachgewiesenen Amadori-Verbindungen, auch therapeutisch für die Wirkungen gewisser Leberextrakte und dergleichen verantwortlich sein könnten? Auch Leber-Bouillon in der Kultur von Mikroorganismen und viele andere Phänomene, bei denen wir im Laboratorium oder in der praktischen Medizin auf Leberextrakte angewiesen waren, sind sie vielleicht irgendwie aufgrund der in der Leber vorkommenden Amadori-Verbindungen besser, wenigstens teilweise besser verständlich. Ich will Ihnen nun im nächsten Diapositiv zunächst mal eine tabellarische Übersicht geben über eine Reihe von Amadori-Verbindungen der Aminosäuren mit verschiedenen Zuckern, die teils synthetisch, teils aus Leber durch langdauernde sorgfältige Chromatografie aufgefunden worden sind. Es sind dies im Wesentlichen die von Borsuk nachgewiesenen Amadori-Verbindungen aus Glucosenglycin, Glucose-Sarkosin, Glucose-Alanin, aber es sind noch einige weitere angeführt, die synthetisch aus Galactose, Mannose usw. erhalten worden sind. Diese Tabelle ist sehr unvollständig. Im letzten Monat hat die Firma Geigy ihr 200-jähriges Jubiläum veranstaltet und aus diesem Anlass ein Symposium in Bern veranstaltet und auf diesem hat Kurt Heyns aus Hamburg über neuere Arbeiten berichtet, in denen er die Versuche von Borsuk in noch viel größerem Maßstab und viel größeren Leber beginnend, nachgearbeitet hat, und dabei hat er noch eine ganze Reihe von weiteren Aminosäuren in Form der Amadori-Verbindungen in der Leber nachweisen können. Einzelne von ihnen sind in kristallisierter Form heute bekannt, die Mehrzahl ist nicht kristallisiert erhalten worden in den ursprünglichen Versuchen. Die Mengen, um die es sich handelt, die sind recht klein. Man ist sehr froh, nach Aufarbeitung großer Leberchargen, Mengen von 50 oder 100 mg in die Hand zu bekommen. Und diese Amadori-Verbindungen der Aminosäuren sind teilweise, die Heinz gefunden hat, noch komplizierter. Sie sind nämlich so gebaut, dass auf einen Glucoserest nicht nur eine Aminosäure, sondern es kommen Dipeptide, Tripeptide und Tetrapeptide in Amadori-artiger Verknüpfung in den Leberextrakten vor. Ich will Ihnen nun zeigen, was für eine besondere physiologische Wirkung von Borsuk an diesen Aminosäureverbindungen der Amadori-Gruppe beobachtet worden ist. Sie haben die bemerkenswerte Eigenschaft, unter gewissen Bedingungen die Eiweißsynthese zu stimulieren, zum Beispiel den Einbau von Leucin in Kaninchen Retikulozyten wesentlich zu fördern. In diesem Auszug aus seinem Versuchsprotokoll sehen Sie hier zunächst die Blindwerte, die zu 100 % angegeben sind. Wenn Sie nun einen derartigen Versuchsansatz mit Retikulozyten noch Leberextrakt zugeben, total natürlichen Leberextrakt, so kommen Sie von einer Eiweißzunahme von 170 auf eine Proteinsynthese von 350 %. Eine ähnliche Wirkung können Sie nun auch erzielen mit individuellen Aminosäure-Amadori-Verbindungen, zum Beispiel Fructose-Alanin, Fructoseglutaminsäure und Fructoseglyzin. Diese Steigerungen durch die Amadori-Verbindungen allein sind relativ gering, wenn Sie sie mit der Wirkung des Leberextraktes vergleichen. Wenn Sie aber überdies noch winzige Mengen von Eisen zugeben, dann wird diese Wirkung wesentlich gesteigert. Sie sehen, dass beim Zusatz von Eisen die Wirkung des Leberextrakts nicht weiter verstärkt wird, dass man aber mit Amadori-Verbindung plus Eisenspuren auf Werte von 300 kommen kann, die nur noch wenig hinter denen zurückliegen, die Sie mit einem totalen Leberextrakt erreichen können. Diese Amadori-Verbindungen sind Komplexbildner für verschiedene Metalle. In ausgesprochenem Maße ist diese Eigenschaft auch den primären N-Glycosiden eigentümlich, die aus Aminosäuren und Zucker entstehen, und bei denen die Amadori-Verbindung noch nicht stattgefunden hat. Auch diese Primärprodukte sind, sie sind hauptsächlich von Weizel, der jetzt in Tübingen tätig ist, bearbeitet worden. Diese Primärprodukte haben schon Hans von Euler und Karl Josephson vor etwa 40 Jahren angestrebt zu studieren und festgestellt, dass es notwendig ist, dass die Aminosäure nicht als Zwitterion, sondern als Anion vorliegt, damit die Reaktion eintritt. Und das ist jetzt auf breiter Basis sehr präparativ bestätigt worden. Man kann diese Verbindung als Salze nur und am besten als Metallkomplexe isolieren und in dieser Form sind sie viel beständiger als die freien Verbindungen, die extrem leicht in Aminosäuren und in Zucker wieder zerfallen. Ich will Ihnen aus diesem Grund hier einige der Komplexbildner aus dieser Körperklasse vergleichend beschreiben mit anderen Komplexbildnern, die die Technik seit Jahrzehnten ganz unabhängig von der Kenntnis dieser Naturprodukte entwickelt hat. Und dass in diesen Substanzen hier wir eine NHCH2 im Fall des Glucocols ist das CH2 in HCH2COH CH2CO-Gruppe besitzen, während das, das ist ein technischer Komplexbildner auch in der analytischen Chemie werden derartige Komplexbildner heute viel verwendet, die Iminotriessigsäure also bis einschließlich dieser CO-Gruppe ähnlich gebaut. Und eine andere Verbindung dieses Typs ist die Ethylendiamintetraessigsäure, die in der angelsächsischen Literatur meistens unter der Abkürzung EDTA läuft. Diese Komplexbildner spielen auch in der analytischen Chemie hauptsächlich von Schwarzenbach entwickelt, eine bedeutsame Rolle. Und diese Substanzen sind unter dem Namen Trilon A und Trilon B durch die Badische Anilin- und Sodafabrik bzw. die damalige IG Farben während des Zweiten Weltkrieges auf den Markt gekommen. Sie haben unter anderem dazu gedient, zur Entwicklung von photografischen Aufnahmen, zum Beispiel in Fliegerhorsten beizutragen, wo kein destilliertes Wasser zur Verfügung stand. Weil man durch geringe Mengen dieser Substanzen die Kalziumionen so komplex binden kann, dass die Entwicklung der Fotografien ebenso schön wird, wie wenn man destilliertes Wasser verwendet hätte. Und diese Komplexbildner haben in unserem Institut auch eine Rolle gespielt bei der Doktorarbeit eines jungen Botanikers, Dr. Hagens , der sich mit dem Problem befasst hat, das in der Literatur mehrfach als das Rätsel der Erdabkochung bezeichnet wurde. Darunter versteht man Folgendes. Es gibt einzellige Grünalgen, die außerordentlich empfindlich in ihren Kulturbedingungen sind. Man weiß von botanischen und zoologischen Instituten her, dass vielfach Organismen, die im Meereswasser leben, in den Laboratorien der Institute nicht ohne Weiteres gezüchtet werden können, wenn man das Salzgemisch des Meerwassers nachzuahmen versucht durch ein genau abgewogenes Gemisch der reinsten entsprechenden Salze, die man etwa mit Garantieschein von Merck oder einer anderen derartigen Firma gekauft hat. Es gilt aber dann diese einzelligen Algen oder Meeresorganismen zu züchten in dieser synthetischen Salzlösung, wenn man noch etwas Erdabkochung zugibt. Das ist von Pringsheim in Prag und vielen anderen jahrzehntelang so durchgeführt worden. Und es war interessant festzustellen, was eigentlich chemisch in dieser sogenannten Erdabkochung drin ist. Es geht nicht mit jeder Erde, also am besten so verrottete Erde in der Nähe von Misthaufen. Das ermöglicht ausgezeichnete Kulturbedingungen, während andere Proben von Garten- oder Ackererde oft vollkommen unwirksam sind. Und das Ergebnis dieser Doktorarbeit von Herrn Hagens war, dass in der guten Erdabkochung erstens gewisse Huminsäuren vorkommen, die ähnliche komplexbildende Eigenschaften für schädigende Schwermetallspuren besitzen und das Zweite, was in der guten Erde vorhanden sein muss, ist Vitamin B12 bei diesen Algen. Und wenn man daher Vitamin B12 nimmt und nun anstelle dieser Huminsäuren einfach geringe Mengen von derartigen Komplexbildnern, dann können Sie auch in synthetischen Nährlösungen diese empfindlichen Organismen züchten, und Sie brauchen nicht mehr die Ballonwirtschaft der Institute, das heißt immer wieder Ballons an die Nordsee oder ans Mittelmeer zu schicken, um sie mit frischem Meereswasser für die Kulturen zu bekommen. Das ist auch von Trovasoli und anderen in den Vereinigten Staaten heute schon weitgehend in die Laboratoriumstechnik eingefügt worden. Die Bindung dieser Schwermetallspuren, die auf diese Weise zustande kommen. Aber noch wesentlicher und interessanter als dieses Problem der Erdabkochung, von dem ich eben gesprochen hatte, ist heute wohl das Problem, ob es möglich ist, radioaktive Metalle, insbesondere Schwermetalle, die irgendwie in den Organismus eines Tieres oder Menschen gelangt sind, durch Komplexbildner zu binden und in harnfähiger Form wieder zur Ausscheidung zu bringen. Das ist mit eines der Probleme, die auf diesem Gebiet liegen und das heute mit großer Intensität in zahlreichen Ländern und in vielen Instituten verfolgt wird. Ich will hier anführen, dass Verbindungen dieses Typs für das Tier und für den Menschen gar nicht besonders gut verträglich sind. Zunächst einmal ist ja das Problem, dass es sich um Kalziumkomplexbildner handelt, schon dadurch, wie mit Tieren, dass man ja nicht den Organismus an Kalziumionen verarmen will, die doch lebenswichtig sind. Man verwendet daher im Laboratoriumsexperiment heute diese Komplexbildner meistens in Form der Kalziumsalze als solche, als Kalziumkomplexe schon und prüft nur, ob nicht gewisse radioaktive Metalle stärker komplexgebunden werden als das Kalzium, sodass sie dann zur Ausscheidung gelangen können. Ein Typ von Verbindungen, mit denen es an Laboratoriumstieren möglich ist, tödliche Dosen zum Beispiel von radioaktiven seltenen Erden, die radioaktiven Cer oder Yttrium aus dem Organismus zu entfernen, ist hier angeschrieben. Das sind Derivate der Ethylendiamintetraessigsäure, die in der Mitte noch Heteroatome, wie zum Beispiel Schwefel, enthalten und die von Herrn Dr. Katsch in Heidelberg geprüft worden sind am Institut von Professor Zimmer. Noch weiter kommen wir nun im spezifischen Komplex Bindungsvermögen, wenn wir nicht nur Essigsäurereste wie hier überall, sondern noch Phosphorsäuregruppen in derartige Austausche einbauen. Und ich habe Ihnen hier einen Typ eines derartigen gemischten Austausches, der ein Stickstoff- und ein Phosphoratom enthält, aufgeschrieben. Ein N, ein T und 3 acetic Essig. Von Ockerbloom 1958 synthetisiert. Und im nächsten Bild will ich Ihnen nun in einer kurzen Tabelle zeigen, wie weit man durch derartige chemische Veränderungen das Komplexbindungsvermögen noch steigern kann. Es handelt sich um einen Vergleich von diesem NPDA, also stickstoff- und phosphorhaltigen T-acetic Essig mit der Ethylendiamintetraessigsäure. Hier sind die Stabilitätskonstanten also der Rhythmus K von verschiedenen Metallchelaten angegeben, derart, dass die kleinere Zahl eine größere Stabilität des Komplexes bedeutet. Und Sie erkennen, dass zum Beispiel im Falle der Kalziumionen der Unterschied nahezu drei Zehnerpotenzen beträgt, durch die sich das Komplexbildungsvermögen noch steigern lässt. Im Falle des Strontiums ist es allerdings auch etwa drei Zehnerpotenzen. Das, was besonders wertvoll wäre, das wären ja Verbindungen dieser Art, wie etwa Strontium sehr viel spezifischer als mit Kalzium binden würden. Hier sehen Sie, dass sich diese beiden Werte etwas parallel verschieben. Aber im Hinblick auf die geringe Verträglichkeit vieler derartiger Komplexbildner erscheint es doch wünschenswert, gerade bei den aus Zuckern und Aminosäuren aufgebauten Verbindungen, noch weiter zu forschen. Denn hier, wie auch bei den Amadori-Verbingungen, handelt es sich um körpereigene Komplexbildner, die unter Umständen sehr viel besser verträglich sein könnten, als diejenigen, die nach anderen Bauprinzipien synthetisch bisher erhalten worden sind. In dieser Lage wäre es offenbar wünschenswert, wenn man Amadori-Verbindungen noch besser als bisher synthetisch gewinnen könnte. Die Ausbeuten sind, wie ich Ihnen gesagt habe, nicht nur bei der Aufarbeitung von Leberextrakten, sie sind auch bei der synthetischen Darstellung aus freiem Zucker und Aminosäure verhältnismäßig gering. Aus diesem Grund sind in unserem Laboratorium in letzter Zeit von Herrn Dr. Haas verschiedene neue synthetische Wege zu den Amadori-Verbindungen erprobt worden, von denen einige viel bequemer sind und bessere Ausbeuten liefern, als die bisher bekannten. Dieses Bild ist, wie Sie schon gesehen haben, jetzt das Isoglucosamin selbst sehr leicht zugänglich geworden. Durch die katalytische Hydrierung der Amadori-Verbindung mit dem Palladiumkatalysator. Und man kann von ihm ausgehend leicht Kondensationen mannigfacher Art durchführen, zum Beispiel mit Formaldehyd und Blausäure, Mannich-Basen aufbauen, sie weiter abwandeln. Man kann aber auch das Isoglucosamin nach einer Reaktion, die zuerst von Knop mit Ammoniak durchgeführt worden ist, katalytisch hydrieren in Gegenwart einer Ketosäure. Und wenn wir zum Beispiel Isoglucosamin mit Alpha-Keto-Buttersäure unter den hier angegebenen Bedingungen hydrieren, dann bekommt man in guter Ausbeute die Amadori-Verbindung der Alpha-Amino-Buttersäure. Ein anderer Weg, der bessere Ausbeuten liefert als der frühere ist, dass man anstelle der freien Aminosäuren die N-Benzylaminosäuren verwendet. Man bekommt dann in vielen Fällen in guten Ausbeuten diese entsprechende N-Benzylverbindung, die wieder durch katalytische Hydrierung unter Abspaltung von Tulol in diese Substanzen übergeführt werden können. Nun zu einem Überblick über die verschiedenen Typen der Verbindungen, die aus Aminosäuren und aus Zuckern entstehen können, das heißt, die mit den bisher besprochenen Amadori-Verbindungen isomer aber nicht identisch sind. Also auch nicht diese charakteristischen reduzierenden Wirkungen von der Art der Reduktion besitzen. Das nächste Bild wäre die Amadori-Aminosäure. An erster Stelle nochmals ausführlich beschrieben die Primärprodukte, die sich von den zyklischen Halbacetal-Formen ableiten, und die wir als solche in kristallisiertem Zustand noch nicht kennen, weil sie so außerordentlich leicht hydrolysieren, die aber sehr geneigt sind, Metallkomplexe zu geben 1:2-Komplexe mit Kalzium, Mangan, mit Zink, mit Kupfer, mit anderen, vor allem auch 1:3 zusammengesetzte Komplexe mit Eisen-Ionen. Und so mögen Verbindungen dieser Art auch in Beziehung stehen zu den Untersuchungen, über die Herr von Hevesy uns berichtet hat über die Inkorporierung von Eisen in Proteine und so weiter. Diese Komplexe sind stabiler als diejenigen der freien Aminosäuren, bevor sie noch mit Zucker reagiert haben. Dann gibt es einen weiteren Typ von Isomeren, der sich von Glucosamin ableitet. Und Verbindungen dieser Art können wir synthetisch auf folgendem Wege gut darstellen. Wenn Sie beispielsweise Arabinose, einem Zucker mit fünf C-Atomen, mit wasserfreier Blausäure und mit Glycorolesther reagieren lassen, bekommen Sie ein derartiges Aminohydrid, das bei der katalytischen Hydrierung mit Palladium dann dieses Isomer ergibt. Das ist also jetzt nicht Isoglucosamin zum Glucosaminessigsäure, ein C-Atom 2. und Verbindungen dieser Art sind in sehr geringen Mengen ganz kürzlich auch von Heinz bei der Aufarbeitung der Leberextrakte neben den Amadori-Verbindungen aufgefunden worden. Es mag sein, dass sie aus Fructosen und der Aminosäure in dieser Art unter molekularer Umlagerung entstehen. Das ist nun wiederum eine molekulare Umlagerung, die ich in ihrer einfachsten Form hier nochmals angeschrieben habe. Aus Fructose, aus der Ketose und Ammoniak können Sie Glucosamin, wenn auch nicht in sehr guter Ausbeute, bekommen. Also eine Art feuchter Umlagerung, so würde ich sagen ist das, aber nicht der typische Amadori. Zu den Verbindungen, die sich aus Zuckern und Aminosäuren aufbauen, sollte, wie eine Zeit lang angenommen wurde, auch eine Verbindung gehören, die im Jahre 1935 von Gunnar Blix in Uppsala aus Speicheldrüsen, aus den Submaxillaris-Drüsen von Tieren, isoliert worden ist. Eine Substanz, die auch eine Karbonsäure mit, wie wir heute wissen, 9 Kohlenstoffatomen und einem Stickstoffatom ist. Und man hatte längere Zeit diskutiert beziehungsweise angenommen, dass auch diese Substanz die sich dadurch auszeichnet, dass sie mit Karrer Dimethylaminobenzaldehyd, das heißt mit Ehrlichs Reagenz eine prachtvolle Violettfärbung gibt und dass auch diese Substanz aus einer Hexose und aus einer Aminosäure aufgebaut sein sollte. Aber wir wissen heute, dass das nicht der Fall ist. Diese Gruppe von Naturstoffen ist nicht aus Hexose und Aminosäure, sondern aus Aminozucker plus Ketosäure aufgebaut. In Schweden und Australien, USA und auch in Deutschland sind Verbindungen dieser Art in der Natur weit verbreitet, daran ist viel gearbeitet worden. Sie sind deshalb interessant, weil sie durch Tiere Und auch die Fermente der Choleravibrionen spalten diese Substanz aus Muzinen und anderen hochmolekularen Komplexen ab. Ich sagte bereits, das Ergebnis vorwegnehmend, dass diese Stoffe nicht aus Hexose und Aminosäure, sondern aus Aminozucker und Ketosäure aufgebaut sind. Und es fragt sich nun, welches ist der Aminozucker, von dem sich diese physiologisch so interessante Körperklasse ableitet. An einem Präparat, das wir aus Milch isoliert hatten, haben wir gefunden, dass man durch Erhitzen in Pyridinlösung unter Zusatz kleiner Mengen von Nickel(II)-acetat Acetylglucosamin erhält in einer Ausbeute von 27 Prozent, in der Theorie ist es isoliert worden, es wurde in das kristallisierte Hydrochlorid übergeführt. All dies sprach bei direkten Vergleichen eindeutig für Acetylglucosamin. Wenige Monate später ist dann in London von Cornforth, Daines und Gottschalk gezeigt worden, dass man synthetisch aus Acetylglucosamin und Oxalessigsäure in verdünnt alkalischer Lösung bei pH10 bis 11 allerdings nur in einer Ausbeute von etwa 3 bis 4 Prozent in der Theorie diese Substanz gewinnen und mit dem Naturprodukt identifizieren kann. Vor wenigen Monaten ist dann von Korn und Rosenman in Amerika ein enzymatischer Abbau dieser Substanzen gefunden worden, der überraschenderweise nicht zu Acetylglucosamin, sondern zu Acetylmannosamin geführt hat. Mithilfe von Clostridium perfringens, einem Mikroorganismus, werden diese Sialinsäuren, wie Blix sie genannt hat, zu Acetylmannosamin und nicht zu Acetylglucosamin aufgespalten. Diese ruhenden Zellen bzw. die Bakterienextrakte dass mitunter unter der Einwirkung von Fermentextrakten auch kohlehydratartige Körper Stellungsumkehrungen, Walden‘sche Umkehrungen auftreten können. Man hat von einer Waldenase-Wirkung gesprochen. Also was ist hier los? Unser chemischer Abbau gibt Acetylglucosamin. Die Synthese in London aus Acetylglucosamin gibt den Naturstoff, aber beim enzymatischen Abbau entsteht nicht Acetylglucosamin, sondern Acetylmannosamin 1:2 – wir haben versucht festzustellen, diesen Widerspruch aufzuklären. Es war vor allem notwendig, zunächst einmal größere Mengen von N-Acetylmannosamin in die Hand zu bekommen und das ist das Verdienst von Fräulein Biester, eine Synthese, die größere Mengen gilt zu bekommen. Auch war das Acetylmannosamin als Abbauprodukt in Amerika noch nicht in kristallisiertem Zustand erhalten worden, es war überhaupt noch nicht kristallisiert. Wir haben gefunden, dass es wundervoll kristallisiert und zwar als Monohydrat, und zwar mit 1 Molekül Kristallmasse. Mithilfe dieser Substanz ist es nun möglich gewesen, die Erscheinung näher zu verfolgen. Und das Ergebnis ist folgendes: Wenn man mit heißem Pyridin unter Zusatz von geringen Mengen von Nickelionen abbaut, unter diesen Bedingungen geht Acetylmannosamin nahezu quantitativ in Acetylglucosamin über. Es findet also eine Umkehrung an Kohlenstoffatom 2 statt, wie wir sie von einfachem Zucker her nicht gekannt haben. Man kann Glucose aus heißem Pyridin umkristallisieren, wenn man Betaglucose darstellen will. Erst die Lactone der Zuckergruppe gehen zu leicht über. Aber im Falle der Acetaminozucker ist diese Reaktion schon in heißem Pyridin, vor allem in den Spuren wenn Nickelionen dabei sind, außerordentlich leicht sich abspielen [Satzbau]. Eine Umlagerung auf die wir nicht gefasst waren. Und unter den Bedingungen der Synthese, wie sie von Cornforth angewandt worden ist, bei pH10 bis 11, da geht, wie wir jetzt gefunden haben, Acetylglucosamin weitgehend in Acetylmannosamin schon über. Das ist nicht so verwunderlich, weil das im Bereich der altbekannten Lobry-de-Bruyn-Umlagerung steht. Glucose in schwacher alkalischer Lösung geht in Mannose, Fructose usw. teilweise über. Es ist nicht so ganz leicht gewesen, diese Verhältnisse aufzuklären, wie ich es hier geschildert habe, aber, wenn wir den Abbau durchführen mit Pyridin und etwas Nickel, nicht 90 Minuten lang in der Hitze, wie wir es früher getan haben, sondern nur 10 oder 15 Minuten lang, dann kann man eindeutig nachweisen und auch durch Isolierung feststellen, dass das primäre Abbauprodukt nicht Acetylglucosamin, sondern Acetylmannosamin ist, das dann erst in diese Gleichung übergeht. Und unter den Bedingungen der Synthese kann also, nachdem die Ausbeute bis zu 4 Prozent der Theorie betrugen, auch da durch die Lobry-de-Bruyn-Umlagerung entstanden Acetylmannosamin zur Synthese des Naturstoffes verwendet worden seien. Aus dem 1:2 ist also ein 3:0 geworden. Und Sie werden an der Ausdruckweise, die ich gebraucht habe, schon gemerkt haben, dass es in der Wissenschaft nicht so hergeht wie beim Fußball. Bei einem Halbzeitergebnis von 1:2, kann auch die beste Mannschaft nicht mehr ein 3:0 herausholen. Aber in der Wissenschaft ist, wie Sie gesehen haben, so etwas durchaus möglich. Es war auch im Laufe dieser Tagung mehrfach davon die Rede, dass die Konstitutionsformel eines Naturproduktes durch die Synthese bestätigt worden ist oder dass die Bestätigung durch die Synthese noch aussteht. An dem Beispiel, das ich Ihnen hier vorgeführt habe, können Sie erkennen, dass eine Konstitutionsformel, die aufgrund von Abbauergebnissen gewonnen worden war, durch die Synthese bestätigt worden ist und dass sie trotzdem falsch ist. Es ist vor zwei Tagen, glaube ich, hier gesagt worden, die Natur arbeitet streng nach den Gesetzen der organischen Chemie. Diese Ausdrucksweise ist reizvoll und einprägsam, aber wir müssen doch hinzufügen, dass uns die Gesetze der organischen Chemie eben noch nicht alle vollständig bekannt sind. Und dass immer, wenn wir an einem neuen Naturstoff mit Abbaumethoden herangehen, dass wir auf solche Überraschungen gefasst sein müssen, denn die Mehrzahl unserer Überlegungen über die organische Chemie sind doch immer wieder Analogiebetrachtungen. Wir nehmen an, dass auch in einem komplizierten Molekül sich die Reaktionen so abspielen, wie wir es an kleinen Modellsubstanzen studiert und gelernt haben und wie es in den Büchern steht. Aber es ist eben nicht immer so. Und gerade die molekularen Umlagerungen, ob es nun die Amadori-Umlagerung ist oder die Beckmannsche Umlagerung, die Wagnerische Umlagerung oder wie immer sie heißen mögen, das sind die Fallgruben, in die wir gelegentlich hineinplumpsen und aus denen wir uns wieder herausarbeiten müssen. Es ist immer wieder so, in dem immer rascher und breiter werdenden Strom der Forschung dürfen wir nicht müde werden, die Bedingungen unserer Versuche immer wieder zu variieren. Und wir müssen darauf bedacht bleiben, die Beobachtungen, die wir machen, zu verbessern. Die Messungen, die wir schon angestellt haben, zu verfeinern und die Schlussfolgerungen, die wir gezogen haben, von verschiedenen Seiten her zu überprüfen. Denn erst dann gehen die guten Befunde, wenn auch meist namenlos in den dauernden Bestand der Wissenschaft und damit in den bleibenden Besitz der Menschheit ein.

Richard Kuhn (1958)

On the Amadori Compounds

Richard Kuhn (1958)

On the Amadori Compounds

Comment

In his 1958 Lindau lecture, Richard Kuhn talked about the so-called Amadori compounds. This group of molecules is derived from a sugar and a primary amine, for example an amino acid. Once formed, Amadori compounds may be subject to a wide range of follow-up reactions. Some of the end products of these reactions, the melanoidins, have a brown colour, others have a characteristic taste or smell. The entire process leading to their formation is referred to as the Maillard reaction. Other than the name suggests, the Maillard reaction does not refer to a single reaction but rather to a complex and not fully elucidated set of various reaction pathways. Still, all of them involve an Amadori compound.
Since most foodstuffs contain proteins (and hence amino acids) as well as sugars, the Maillard reaction commonly occurs during thermal food processing (roasting, baking and frying) and is responsible for the characteristic look, taste and smell of many foods like rolls, bread, steak or roasted coffee.

What takes place at a high rate during thermal food processing, may also happen at a much lower rate in the human body. Kuhn mentions that a few simple Amadori compounds could be found in liver tissue some two years before his talk. Today (2013), it is well known that Amadori compounds are commonly formed in vivo via non-enzymatic glycation of proteins (i.e. the random attachment of a sugar molecule to a protein). The follow up products of these reactions, the so-called advanced glycation end products (AGEs) are thought to play key roles in diabetes and ageing [1-2], rendering Amadori chemistry a highly topical scientific field. Due to the very low abundance of non-enzymatic protein glycation, however, its study is very challenging, even today.

Besides chemical details on the Amadori compounds, Kuhn also points out some interesting side-facts and anecdotes. He mentions, for example, that the namesake of the Amadori compounds, a chemistry professor in Modena, did not actually elucidate their correct structure. It was Kuhn himself who published it together with his colleague Friedrich Weygand in 1937, giving reference to Amadori. Amadori had merely distinguished that two reaction products, a stable and a labile one, are formed when a sugar is reacted with an amine. Kuhn’s bold move earned him a sullen comment of an American colleague: “you have immortalized Amadori on the basis of a minimum of experimental work“.

Kuhn further reports an anecdote from the laboratory of Hugo Schiff, a German chemist, working in Florence, Italy in the late 19th century. Schiff was interested in imines, which were later called Schiff bases in reference to his achievements. Imines are intermediates in the formation of Amadori compounds. They are rather unstable and can react in several different ways, inter alia leading to brown, polymeric products. This posed major challenges to Schiff’s doctoral students, since the result of their reaction attempts was mostly a brown, oily smear rather than a nice, well-defined and crystallisable reaction product. It was for this reason that a delegation was sent to the principal of the University of Florence, asking him to urge Schiff to give out doctoral theses with reactions leading to “nicer” products. Unfortunately, neither the reaction of the principal, nor the one of Schiff himself, is reported by Kuhn.

David Siegel

[1] R. Singh, A. Barden, T. Mori, L. Beilin, Diabetologia 44 (2001) 129.
[2] S.R. Thorpe, J.W. Baynes, Amino Acids 25 (2003) 275.

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