Chemiker verbinden drei chemische Bausteine mit neuer "Kupplungs-Reaktion"

Die neue Reaktion veranschaulicht mit Kunststoff-Klötzchen: In einem einzigen Reaktionsschritt werden drei (unten) statt zwei (rechts oben) chemische Bausteine miteinander verbunden. Bild: WWU/Ludger Tebben

Chemiker um Prof. Dr. Armido Studer vom Organisch-Chemischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster stellen in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science" einen neuen Ansatz vor, mit dem in einer einzigen Reaktion erstmals drei – statt wie bislang zwei – chemische Bausteine miteinander "gekuppelt" werden können. Der neue Ansatz ist eine Weiterentwicklung einer industriell vielfach eingesetzter klassischer Methode.

Chemiker der Universität Münster stellen in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science" einen konzeptionell neuen Ansatz vor, mit dem in einer einzigen Reaktion ohne Metalle als Hilfsmittel erstmals drei – statt wie bislang zwei – chemische Bausteine miteinander "gekuppelt" werden können. Neben pharmazeutisch relevanten fluorhaltigen Verbindungen gelang den Wissenschaftlern die Herstellung verschiedener γ-Lactone. Diese organischen Verbindungen kommen verbreitet in verschiedenen Obstsorten sowie zum Beispiel in Whisky und Cognac als Aromastoffe vor.

"Bemerkenswerterweise werden für den Ablauf der Reaktion keine teuren Übergangsmetalle als Katalysatoren benötigt", unterstreicht Prof. Dr. Armido Studer vom Organisch-Chemischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU), verantwortlicher Autor der Studie. Das stelle vor allem im Hinblick auf die zunehmende Relevanz nachhaltiger und umweltfreundlicher Chemie, der sogenannten grünen Chemie, eine bedeutende Weiterentwicklung der klassischen Variante dar.

Zum Hintergrund: Eine der größten Herausforderungen für organische Chemiker ist es, gezielt Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen verschiedener chemischer Bausteine zu knüpfen. Dabei ist dies essenziell für den Aufbau komplexer pharmazeutisch aktiver und biologisch relevanter Moleküle. "Besonders wichtige Werkzeuge hierfür sind sogenannte Kreuzkupplungs-Reaktionen", erläutert Armido Studer. Das wohl prominenteste Beispiel sei die im Jahr 2010 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnete "Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung". Diese von der chemischen Industrie im Tonnen-Maßstab verwendete Reaktion ermögliche die Verknüpfung von zwei chemischen Bausteinen, wobei einer der Bausteine eine reaktive Bor-Einheit beinhalten müsse. Entscheidend für den Ablauf der Reaktion sei die Anwesenheit von teuren Übergangsmetallen wie Palladium, welches die beiden Reaktionspartner zusammenführe, sodass schließlich eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ausgebildet werde.

Die nun von den münsterschen Chemikern entwickelte Methode beinhaltet die Ausbildung von zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. "Im Gegensatz zu klassischen Kreuzkupplungen bleibt jedoch die wertvolle Bor-Einheit im Produkt erhalten", betont Armido Studer. "An dieser Stelle können anschließend im selben Reaktionsgefäß an den Molekülen weitere Veränderungen vorgenommen werden." Die Methode ermögliche damit die einfache Herstellung einer Vielzahl unterschiedlicher Folgeprodukte.

Literatur

Marvin Kischkewitz, Kazuhiro Okamoto, Christian Mück-Lichtenfeld, Armido Studer (2017): Radical-polar crossover reactions of vinylboron ate complexes. Science Vol. 355, Issue 6328, pp 936-938; DOI: 10.1126/science.aal3803