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Einfache Reaktion zur Herstellung von Pyridinen
Wien (universität) - Der Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien beschreitet neue Wege
bei der Herstellung von Pyridinen, wichtigen Synthesebausteinen für die Arzneimittelforschung. Er hat eine
Variante der sogenannten Cycloadditionen entwickelt, die gänzlich ohne Katalysatoren auskommt – ein Durchbruch
in der Pyridinsynthese. Dabei selektiert er die einzelnen Bausteine ähnlich einer Choreographie eines Tanzes
so, dass die chemischen "Tanzpartner" nur nacheinander und zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Synthese
beitragen und damit auch das richtige "Produkt" ergeben. Die Ergebnisse erscheinen aktuell im renommierten
Fachmagazin "Angewandte Chemie".
Benzen (veraltet: Benzol) besteht aus sechs kreisförmig angeordneten Kohlenstoffatomen und ebenso vielen Wasserstoffatomen.
Es ist eine organische Verbindung, die ChemikerInnen seit fast zwei Jahrhunderten fasziniert: Wird nämlich
einer dieser Kohlenstoffe durch ein Stickstoffatom ersetzt, entsteht Pyridin – ein bedeutender Synthesebaustein
für die Arzneimittel- und Herbizidherstellung. Pyridin wurde erstmals im Jahr 1851 aus Knochenöl isoliert
und gilt seither sowohl als wertvolles und vielseitiges Endprodukt als auch als ein gängiges Lösungsmittel
für chemische Reaktionen.
Viele der meinstverkauften Pharmazeutika enthalten das Strukturmotiv der Pyridine. "Es ist vermutlich das
häufigste Motiv, das man in zugelassenen Arzneien finden kann", erklärt Nuno Maulide: "Demnach
ist es nicht überraschend, dass in den letzten Jahrzehnten viele ChemikerInnen an neuen Strategien für
die Darstellung von Pyridinen geforscht haben", so der portugiesische Chemiker.
Eine Cycloaddition ist wie ein Tanz
Der flexibelste Weg, Pyridine mit vielen verschiedenen Substituenten herzustellen, ist die sogenannte [2+2+2]
Cycloaddition. Bei dieser Reaktion kommen drei verschiedene Reaktanden zusammen, die jeweils zwei Atome beisteuern,
und dadurch in einem einzigen Schritt einen Ring aus sechs zusammenhängenden Atomen aufbauen. "Man kann
es mit einem Tanz vergleichen: Drei Menschen treffen sich, reichen sich die Hände und bilden so einen Ring",
erklärt Maulide.
Der chemische Tanz braucht Selektivität
Das Hauptproblem dieses einfachen Grundkonzepts ist die Selektivität. "Zwei Bedingungen müssen
erfüllt werden, wenn dieser 'Tanz' für ChemikerInnen nützlich sein soll. Erstens müssen sich
die drei richtigen Menschen finden und zweitens müssen sich diese Menschen auch in der richtigen Reihenfolge
und Ausrichtung anordnen", erklärt Saad Shaaban, Co-Autor der Studie und Doktorand am Institut für
Organische Chemie der Universität Wien. "Nur die richtige Choreographie liefert das richtige Produkt",
ergänzt Maulide. Bislang konnte diese Selektivität nur unter bestimmten Voraussetzungen und nur mithilfe
eines Metallkatalysators erreicht werden. "Unsere neue, hochselektive [2+2+2] Cycloaddition schafft es, gänzlich
ohne solche Katalysatoren auszukommen – ein Durchbruch in der Pyridinsynthese", freut sich Maulide.
"Das Prinzip hinter unserem erfolgreichen Design ist denkbar einfach", erläutert der Portugiese:
"Wir stellen die einzelnen reaktiven Spezies hintereinander her – somit kann zu jedem gegebenen Zeitpunkt
nur der von uns gewünschte Reaktionspartner zum Kreis hinzustoßen". Um bei der Tanzanalogie zu
bleiben: Die erste Person sucht seinen ersten Partner sorgfältig aus der großen Menge, anstatt blind
zu wählen. Die neu gebildete Zweiergruppe stellt in der Folge noch höhere Ansprüche bei der Wahl
des dritten Partners und selektiert genau. "Selektivität ist nichts weiter als die Kunst, wählerisch
zu sein!", lacht Maulide.
Publikation in "Angewandte Chemie": "Metal-free
synthesis of highly substituted pyridines by formal [2+2+2] cycloaddition under mild conditions": Lan-Gui
Xie, Saad Shaaban, Xiangyu Chen and Nuno Maulide, in: Angewandte Chemie International Edition, 2016. DOI: 10.1022/acie.201606604
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