Markus Lange (links) und You Zi (rechts) aus der AG Vilotijević diskutieren über die Stereoselektivität der Reaktionen mit latenten Nucleophilen.

Latenz hilft

Chemiker um Ivan Vilotijević entwickeln neues Konzept für eine umweltfreundliche Katalyse
Markus Lange (links) und You Zi (rechts) aus der AG Vilotijević diskutieren über die ...
Foto: Fritz Schömberg
  • Chemie
  • Forschung

Meldung vom: 15. Juli 2019, 08:46 Uhr | Verfasser/in: Ivan Vilotijević, Markus Lange, Constanze Schultz, You Zi

Schematische Darstellung der neuen Methode zur Synthese organischer Moleküle Schematische Darstellung der neuen Methode zur Synthese organischer Moleküle Foto: AG Vilotijevic

Organische Verbindungen sind allgegenwärtig und wichtig für das Wachstum vieler Industriezweige. Chemiker verbringen oftmals einen Großteil ihrer Zeit damit, entweder bisher unbekannte Substanzen zu synthetisieren oder neue, effizientere Wege zu bereits bekannten Moleküle zu entwickeln. Die Arbeitsgruppe von Jun.-Prof. Dr. Ivan Vilotijević an der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat nun ein neues Konzept entwickelt, das die Synthese organischer Moleküle einfacher und umweltfreundlicher macht. Darüber berichtet das Forschungsteam in der renommierten Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" (DOI: 10.1002/anie.201903392).

Vorteile und Probleme organischer Moleküle als Katalysatoren

Ein essenzieller Baustein für die effiziente und erfolgreiche Umsetzung einer chemischen Reaktion ist oftmals ein sogenannter Katalysator. Dieser beschleunigt die Reaktion, wird aber während der Reaktion nicht verbraucht und kann daher in kleinsten Mengen eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist das Forschungsgebiet der Organokatalyse im vergangenen Jahrzehnt verstärkt in den Fokus gerückt, bei der kleine organische Moleküle als Katalysatoren verwendet werden.

Vor allem die Verwendung von Lewis-Base-Katalysatoren birgt entscheidende Vorteile gegenüber klassischen Metall-basierten Katalysatoren. Diese sind typischerweise erheblich umweltfreundlicher und zudem weniger oder auch gar nicht giftig. Trotz dieser Vorteile wurde die Organokatalyse zumeist stiefmütterlich behandelt, da eine breite Anwendbarkeit bisher zumeist nicht gewährleistet war.

Neue Methode verhindert unerwünschte Nebenreaktionen 

Die in der Arbeitsgruppe von Ivan Vilotijević entwickelte neue Methode zur Synthese organischer Moleküle basiert auf dem Konzept der Latenten Nukleophile. Die nun veröffentlichte Studie überwindet die derzeit vorherrschenden Probleme der Lewis-Base-Katalyse. Viele Reaktionen basieren auf der Interaktion von Nukleophilen (elektronenreiche Moleküle) und Elektrophilen (elektronenarme Moleküle). Jedoch besitzen Reaktionspartner oftmals mehrere reaktive Positionen, sodass viele Reaktionen auch unter Bildung ungewünschter Nebenprodukte ablaufen – überspitzt formuliert entsteht somit Abfall.

Um dies zu verhindern, verwendet das Forschungsteam um Ivan Vilotijević "maskierte", also latente Nukleophile. Durch die Maskierung werden unerwünschte Nebenreaktionen verhindert, da erst eine Aktivierung seitens des Reaktionspartners erfolgen muss. You Zi, Markus Lange und Constanze Schultz, die Co-Autoren der Arbeit, konnten zeigen, dass in diesem Zusammenhang eine Vielzahl von Stickstoff-Nukleophilen verwendet werden können, die bisher im Feld der Lewis-Base-Katalyse als äußerst schwierig galten.

Großes Potenzial für die Pharmazeutische Chemie und Agrarchemie

Die beschriebene Methode birgt enormes Potenzial zur gezielten Herstellung von Substanzen in den Bereichen der pharmazeutischen Chemie und der Agrarchemie. Viele gängige Pharmazeutika können bei identischer Zusammensetzung in zwei unterschiedlichen Formen erhalten werden, sogenannte Enantiomere. Diese verhalten sich zueinander wie Bild und Spiegelbild (z. B. linke Hand und rechte Hand) und können gerade im Hinblick auf den medizinischen Einsatz vollkommen unterschiedliche Effekte auslösen.

Für die Medizinalchemie ist jedoch entscheidend, dass eines der beiden Enantiomere gezielt hergestellt werden kann. Die Gruppe um Ivan Vilotijevic konnte nun zeigen, dass die Verwendung von Chininanaloga (Chinin ist ein Naturstoff und der Bitterstoff in Tonic-Water) als Lewis-Base zu der gezielten Synthese eines Enantiomers führen kann. Basierend auf ersten vielversprechenden Ergebnissen konnte bereits die direkte und stereoselektive Synthese eines Pyrrolizinons durchgeführt werden. Diese Substanzklasse wurde erst vor wenigen Jahren positiv in der Behandlung von Alzheimer getestet.

Das hiermit beschriebene Konzept der Latenten Nukleophile könnte große Auswirkungen auf das Forschungsgebiet der Organokatalyse haben. Denn dieser vielversprechende Ansatz ermöglicht einen umweltfreundlichen und steroselektiven Zugang zu einer Vielzahl an Zielmolekülen.

 

Original-Publikation:

You Zi, Markus Lange, Constanze Schultz, Ivan Vilotijević: Latent Nucleophiles in Lewis Base Catalyzed Enantioselective N‐Allylations of N‐Heterocycles. Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, accepted article. DOI: 10.1002/anie.201903392

Diese Seite teilen
Die Uni Jena in den sozialen Medien:
Ausgezeichnet studieren:
  • Logo der Initiative "Total E-Quality"
  • Logo des Best Practice-Club "Familie in der Hochschule"
  • Logo des Projekts "Partnerhochschule des Spitzensports"
  • Qualitätssiegel der Stiftung Akkreditierungsrat - System akkreditiert
Zurück zum Seitenanfang