Forscher lösen das Problem der Funktionalisierung von Pyridin in der meta-Position

In Chemikalien der Landwirtschaft, aber auch in Pharmazeutika und einer Vielzahl von Materialien finden sich Pyridine häufig als sogenannte funktionelle Einheiten, die die chemischen Eigenschaften von Stoffen maßgeblich bestimmen. Pyridine gehören zur Gruppe der ringförmigen Kohlenstoff-Wasserstoff (CH)-Verbindungen („Heterocyclen“) und enthalten ein Stickstoffatom (N). Für Chemiker ist die direkte Funktionalisierung der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen (CH-Bindungen) von Pyridinen ein unkomplizierter Ansatz zum Design und zur Modifizierung komplexer Moleküle, auch in der letzten Stufe der Synthesesequenz.

Letzteres bedeutet, dass Wirkstoffe chemisch modifiziert werden können, ohne sie neu aufbauen zu müssen. Die Funktionalisierung des Pyridins in einer bestimmten Position zum Stickstoffatom – in der schwer zugänglichen „Meta-Position“ – ist äußerst anspruchsvoll und selten. Ein Forscherteam um Prof. Armido Studer vom Institut für Organische Chemie der Universität Münster hat eine neue Strategie entwickelt, um verschiedene funktionelle Gruppen in die meta-Position von Pyridinen zu bringen. Ihre Studie wurde jetzt in veröffentlicht Wissenschaft.

Die Chemiker nutzen eine vorübergehende Desaromatisierung des Pyridins; Seine elektronischen Eigenschaften werden umgekehrt, wodurch ein stabiles Zwischenprodukt entsteht – ein Dienamin. Mittels Radikal- und Polarchemie gelingt es den Forschern, mit hoher Selektivität eine Vielzahl fluorierter Alkane sowie eine Reihe von „elektronenarmen Substituenten“ (Elektrophile) in die meta-Stellung zu bringen . Diese Umwandlungen umfassen auch medizinisch und agrochemisch relevante Funktionalitäten wie Trifluormethyl- und Halogengruppen.

„Wichtig ist“, sagt Dr. Hui Cao, Postdoc in der Studer-Arbeitsgruppe, „dass die funktionalisierten Dienamin-Zwischenprodukte unter sauren Bedingungen leicht zu meta-funktionalisierten Pyridinen umaromatisiert werden.“

Sein Kollege Dr. Qiang Cheng ergänzt: „Die hohe Effizienz, das breite Anwendungsspektrum und die Metaselektivität unseres Ansatzes ermöglichen die Funktionalisierung von zwölf verschiedenen Arten von Medikamenten.“

Darüber hinaus entwickelte das Team Verfahren, bei denen Medikamente in sogenannten Eintopfreaktionen mit geringem Aufwand und in einem einzigen Reaktionsgefäß direkt in Trifluormethyl- und chlorsubstituierte Derivate umgewandelt werden können. Dazu verwenden die Chemiker kostengünstige, kommerziell erhältliche Reagenzien.

„Unsere Studie liefert eine Antwort auf das ungelöste Problem der Funktionalisierung von Pyridin in meta-Position“, sagt Armido Studer. „Wir glauben, dass diese Veröffentlichung der Entwicklung von pyridinhaltigen Arzneimitteln und organischen Funktionsmaterialien einen deutlichen Schub geben wird.“