Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben ein neues Verfahren entwickelt, das die Herstellung von bioaktiven Molekülen und Arzneimitteln revolutionieren könnte. Zukünftig könnten externe Enzym- oder Metallkatalysatoren überflüssig werden, da die Forschenden eine Methode entwickelt haben, bei der ein in situ gebildeter Organoautokatalysator zum Einsatz kommt. Dieser ermöglicht die chemische Synthese von bioaktiven zyklischen Aminverbindungen mit hoher Effizienz und unter milden Bedingungen
Die Synthese zyklischer Amine, ringförmiger Moleküle, die auf Stickstoff- und Kohlenstoffatomen basieren, wird in der Medizin und Biochemie immer wichtiger. Besonders interessant sind dabei Dihydropyridine, sechsgliedrige Ringe, die aus fünf Kohlenstoff- und einem Stickstoffatom bestehen. Diese Verbindungen finden beispielsweise als Blutdrucksenker Anwendung, sind aber wegen ihrer einstellbaren Fluoreszenz auch als potenzielle photoelektronische Materialien im Gespräch. „An das Stickstoffatom kann eine Vielzahl verschiedener Moleküleinheiten gebunden werden. Diese Variation der Substituenten ermöglicht eine gezielte Modulation der biologischen Eigenschaften von Dihydropyridinen“, erklärt Prof. Dr. Svetlana Tsogoeva, Arbeitsgruppenleiterin am Department Chemie und Pharmazie der FAU.
Bisherige Synthese aufwendig, teuer und oft toxisch
Die Transaminierungsreaktionen, bei denen gezielt der Substituent am Stickstoff in zyklischen und azyklischen Aminen variiert wird, stellen eine erhebliche Herausforderung für die synthetische Chemie dar. „Momentan werden komplexe Enzymkatalysatoren oder teure und oft toxische Metalle dafür benötigt, außerdem laufen die Reaktionen zumeist unter extremen Reaktionsbedingungen ab“, sagt Svetlana Tsogoeva. Damit wird die Synthese nicht nur aufwendig und kostenintensiv, es entstehen auch toxische Abfälle, was insbesondere bei der Herstellung von Medikamenten problematisch ist.
Die Tsogoeva-Gruppe schlägt nun ein Verfahren vor, das den Einsatz externer Katalysatoren gänzlich überflüssig macht und dennoch äußerst effizient ist. Die Forschenden nutzen hierfür Pyrrolidiniumsalz als organischen Autokatalysator. Dieses Ammoniumsalz wird während des Syntheseprozesses gebildet und beschleunigt die Reaktion. Das beeindruckende Ergebnis: Die autokatalytische Reaktion läuft in einem einzigen, dominoartigen Prozess bei Raumtemperatur ab und erreicht dabei eine Ausbeute von bis zu 95 Prozent. Tsogoeva: „Dieses Verfahren geht über die Nachahmung der Natur hinaus und eröffnet neue Möglichkeiten in der Chemie der Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen.“
Wichtiger Schritt zu grüner Chemie
Das neuartige organoautokatalytische System stellt eine effiziente und nachhaltige Strategie dar, um auf einfache Weise Zugang zu komplexen stickstoffhaltigen bioaktiven Molekülen und pharmazeutischen Verbindungen zu erhalten. Die vorliegende Studie trägt nicht nur zu einem grundlegenden Verständnis der Substitution unterschiedlichster Molekülgruppen in Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen bei. Sie eröffnet darüber hinaus faszinierende Perspektiven für die Entwicklung grüner Synthesemethoden der nächsten Generation, die gänzlich ohne den Einsatz von Enzymen, Metallen oder aggressiven Reagenzien auskommen.
Quelle
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (06/2025)