Chemische Synthese

Neues Syntheseverfahren für enantiomerenreine Produkte

Wien - 07.02.2017, 15:10 Uhr

Die Forschergruppe habe mit dem Verfahren eine Vielzahl an Produkten synthetisiert. (Foto: Universität Wien)

Organische Chemiker der Uni Wien haben ein neues Verfahren entwickelt, enantiomerenreine Produkte ausgehend von Schwefel zu synthetisieren. Ohne Nebenprodukte, bei Bedingungen in konventionellem Lösungsmittel und bei Raumtemperatur könnte das Verfahren interessant für die pharmazeutische Industrie werden. Erste Interessenten gibt es bereits.

Dass es nicht egal ist, ob ein chirales Wirkstoffmolekül – also eines, das in zwei spiegelbildlichen Formen auftreten kann – in seiner R- (rectus, lateinisch Rechts) oder in seiner S-Form (sinister, lateinisch Links) vorliegt, dürfte spätestens seit dem Contergan- oder vielmehr Thalidomid-Skandal der 60er-Jahre bekannt sein. Während die R-Form des Thalidomids sedierend wirkt, ist die S-Form für die teratogene Schädigung verantwortlich. Der Synthese-Weg, den die Chemiker damals anwandten, erzeugt ein Gemisch, ein Racemat, aus beiden Produkten. Heute bemüht man sich dagegen, für chirale Wirkstoffe entweder Wege zu finden, sie nach der Synthese in reiner Form zu trennen – oder man findet Synthesewege, die nur ein einziges der Enantiomere als Produkt ergeben.

Asymmetrische Redoxarylierung führt nur zu einem Produkt

Forscher der Universität Wien haben nun eine neue Methode etabliert, sortenrein unter milden Bedingungen ein Enantiomer zu synthetisieren – und durch die Wahl eines Reagenzes lässt sich steuern, welche Form als Produkt erhalten werden soll. Die „Asymmetrische Redoxarylierung“ veröffentlichten die Forscher um den Professor für Organische Chemie Nuno Maulide vom Institut für Organische Chemie der Uni Wien jetzt im Fachmagazin Angewandte Chemie („Asymmetrische Redoxarylierung: Chiralitätstransfer von Schwefel zu Kohlenstoff durch sigmatrope Sulfonium[3,3]-Umlagerung“, Dainis Kaldre, Nunu Maulide et al., Angewandte Chemie, 2017, DOI: 10.1022/acie.201610106).

„Die Reaktion ist eine Verknüpfung zwischen einem Inamid (einer Verbindung, die ein Stickstoffatom benachbart zu einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung trägt) und einem Sulfoxid (in dem eine aus Schwefel und Sauerstoff bestehende Sulfinylgruppe an zwei Kohlenstoffatome gebunden ist) mithilfe einer starken Säure als Katalysator“, erklärt Maulide. „Das Ganze findet bei Raumtemperatur in einem konventionellen Lösungsmittel statt. Der Katalysator wird am Ende eines jeden Zyklus regeneriert.“ Das sei eine Chemie ohne Verschwendung, sagt Maulide. Es gebe nur ein Reaktionsprodukt und es gebe keine Neben- oder Abfallprodukte. „Und der Trick bei unserer Reaktion ist, dass wir ein chirales Sulfoxid verwenden können. Dabei liegt die Chiralität nicht bei einem Kohlenstoff-Atom wie üblich, sondern beim Schwefel des Sulfoxids. Diese Stereoinformation wird dann quasi direkt auf den Kohlenstoff des Produktes übertragen.“

„Waren überrascht, wie leicht das funktioniert“

Die wie Maulide sagt „relativ einfach zu generierende“ chirale Information des Schwefelatoms kann nun in die Kohlenstoffverbindung übertragen werden, wo sie etwa für die Wirksamkeit als Arzneimittel entscheidend sein kann. „Um ehrlich zu sein, waren wir überrascht, wie leicht das funktioniert“, sagt Maulide, denn nur bei wenigen chemischen Prozessen könne Chiralität von einem Heteroatom wie Schwefel, Bor, Silicium oder Phosphor auf Kohlenstoff übertragen werden.

Die Forschergruppe habe mit dem Verfahren eine Vielzahl an Produkten synthetisiert, darunter auch einige, die starke strukturelle Ähnlichkeit zu bereits bekannten Wirkstoffen hätten. Natürlich müssten neue oder auf diesem Weg neu hergestellte Wirkstoffe den langen Weg zur Zulassung durchlaufen, jedoch habe man mit dieser Grundlagenforschung eine solide Basis für neue Anwendungen geschaffen. „Ein Rahmenvertrag mit einem großen Pharmakonzern ist nun in der Verhandlungsphase, um die Methoden unserer Gruppe gezielt auf die Beantwortung gewisser biologischer Fragen anzuwenden. Wir wünschen uns, dass es klappt“, sagt Maulide.

Förderung mit zwei Millionen Euro

Die einfachen Reaktionsbedingungen, die recht nachhaltige verschwendungsfreie Chemie ohne Nebenprodukte, die einfache Übertragung der chiralen Information sowie die Tatsache, dass nur ein enantiomerenreines Produkt erhalten wird, machen die Reaktion interessant auch für großtechnische Anwendungen. Die Forschung der Gruppe an der Uni Wien wird mit rund zwei Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat (ERC) gefördert. Das geförderte Programm Maulides mit dem Namen VINCAT hat dabei die Entwicklung von verschwendungsfreier nachhaltiger Chemie zum Ziel.