Studie zeigt neuen Weg zur einfachen Herstellung von vicinalen Diaminen

Zu den häufigsten Strukturen, die für die Funktion von biologisch aktiven Molekülen, Naturstoffen und Arzneimitteln relevant sind, gehören sogenannte vicinale Diamine – insbesondere unsymmetrisch aufgebaute Diamine. Vicinale Diamine enthalten zwei für die Stoffeigenschaften verantwortliche funktionelle Atomgruppen mit jeweils einem Stickstoffatom, das an zwei benachbarte Kohlenstoffatome gebunden ist.

Ein Team um Prof. Frank Glorius vom Institut für Organische Chemie der Universität Münster hat nun einen neuen, direkten Weg zur Herstellung von vicinalen Diaminen vorgestellt. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkatalyse.

Im Gegensatz zu anderen, weniger geeigneten Verfahren kommt das Verfahren ohne die Verwendung von Übergangsmetallen und Jod-Reagenzien als Katalysatoren aus. Stattdessen nutzen die Forscher Lichtenergie, um aus verschiedenen elektronenreichen aromatischen Kohlenwasserstoffen (Arenen und Heteroarenen) die gewünschten Diamine herzustellen.

„Auf diese Weise erhalten wir eine Reihe von vicinalen Diaminen, die bisher schwer herzustellen waren. Dadurch können wir genau steuern, wo sich die funktionellen Gruppen befinden“, erklärt Erstautor Dr. Guangying Tan.

Zu diesem Zweck entwickelten die Chemiker eine Klasse spezieller Vorstufen für Stickstoffradikale, die über einen Energieübertragungsprozess gleichzeitig zwei stickstoffzentrierte Radikale mit unterschiedlichen Reaktivitäten erzeugen. Indem die Wissenschaftler zwei dieser Radikale „regioselektiv“ schrittweise über Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen anfügen, stellen sie die unsymmetrisch aufgebauten vicinalen Diamine her.

„Regioselektiv“ bedeutet, dass die Reaktion an definierten Stellen der Moleküle stattfindet. Die funktionellen Gruppen (Aminogruppen) können dann weiter modifiziert werden. Die Tatsache, dass die so synthetisierten Diamine im Gegensatz zu einem symmetrischen Aufbau nicht symmetrisch sind, eröffnet eine viel größere Vielfalt an in Betracht zu ziehenden funktionellen Gruppen.

„Die Moleküle des Lebens bestehen größtenteils aus Kohlenstoffketten und -ringen unterschiedlicher Größe und Komplexität. Die Dekoration dieser ‚einfachen‘ Ketten mit anderen Elementen ist entscheidend für die resultierenden Eigenschaften dieser Verbindungen“, erklärt Frank Glorius. Dabei spielen die Elemente Sauerstoff und Stickstoff eine Schlüsselrolle. Chemiker bezeichnen diese Nicht-Kohlenstoff-Elemente als Heteroatome.

„Methoden zur effizienten und kontrollierten Einführung dieser Heteroatome in künstlich hergestellte, biologisch aktive Strukturen sind daher von großer Bedeutung“, sagt Glorius. „Das gilt auch für die vicinalen Diamine, auf die wir uns konzentrieren.“

Die Chemiker führen die Diaminierungsreaktion unter Bestrahlung mit blauen Leuchtdioden (LEDs) und mit einem preiswerten und kommerziell erhältlichen Thioxanthon als organischem Photosensibilisator durch.