Professor Max Martin Hansmann vom Institut für Chemie und Chemische Biologie hat mit seinem Team ein neues Reagenz entwickelt, mit dem sich gezielt Kohlenstoffatome an Moleküle anfügen lassen. Diese vielversprechende Entwicklung für die Grundlagenforschung in der organischen Chemie wurde veröffentlicht In Wissenschaft.
Die Forschungsarbeiten entstanden im Rahmen des ERC Starting Grants, der Professor Hansmann im Jahr 2022 zuerkannt wurde. Dr. Taichi Koike, Postdoktorand und Erstautor der Arbeit, arbeitet als Alexander von Humboldt-Forschungsstipendiat am Lehrstuhl für Organische Chemie von Professor Hansmann.
„Die präzise Modifizierung von Molekülen auf Einzelatomebene ist eine der elegantesten Transformationen in der organischen Chemie“, sagt Professor Hansmann. Für Forscher ist sie deshalb interessant, weil sie das Potenzial hat, in einer kürzeren synthetischen Sequenz Zugang zu komplexen Pharmazeutika zu ermöglichen. Die Entwicklung von Reagenzien, die gezielt ein Kohlenstoffatom einführen können, ist jedoch eine anspruchsvolle Aufgabe.
Professor Max Hansmann und seinem Team ist es nun gelungen, ein Reagenz zu synthetisieren, das nicht nur als Kohlenstoffatomquelle, sondern auch als Mehrzweck-Transferreagenz dienen kann.
„Wir sind überzeugt, dass die weitere Erforschung der Reaktivität dieses Reagenztyps neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich des Kohlenstoff-Atomtransfers eröffnen wird, etwa als neues Reagenz für den Zugang zu höheren Cumulenen oder für die Funktionalisierung komplexer Molekülstrukturen im Spätstadium“, sagt Professor Hansmann.
Zur Entwicklung des Reagenzes verwendete das Team einen einfachen Ansatz zur Stabilisierung eines Kohlenstoffatoms – die Koordination mit zwei neutralen Elektronendonorgruppen. Die resultierenden Spezies, bekannt als Carbone (L1→C←L2), waren bislang kaum als Kohlenstoffatomquellen erforscht.
Die Herausforderungen, die die Verwendung von Kohlenstoffen als Quelle von Kohlenstoffatomen mit sich bringt, veranlassten die Forscher zur Entwicklung eines Reagenzes, bei dem ein Kohlenstoffatom von zwei einfachen und labilen Gruppen (PPh3 und N2) flankiert wird.
In ihrem Artikel beschreiben sie die Synthese des kristallinen und isolierbaren Reagenzes Ph3P=C=N2 durch eine formale PPh3/N2-Austauschreaktion unter Verwendung von Carbodiphosphoran Ph3P=C=PPh3 und Distickstoffmonoxid (N2O).
Dieser synthetische Ansatz ist elegant und sehr einfach, da keine Azide benötigt werden, was bei Diazoverbindungen typischerweise der Fall ist und ein Sicherheitsrisiko bei der Synthese darstellt. Professor Hansmann und sein Team konnten zeigen, dass dieses Reagenz als hochselektives Transferreagenz für Fragmente vom Kohlenstoffatom dient, ohne dass weitere Zusätze erforderlich sind.
Ph3PC-Transfers auf Ambiphile resultieren in Phosphorylid-terminierten Heterocumulenen, CN2-Transfers auf Alkene in mehrfach substituierten Pyrazolen. Letztlich findet in der Reaktion mit Carbonylverbindungen ein Kohlenstoffatomtransfer statt, der entweder zu verschiedenen Alkinen oder Butatrienen führt.
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Taichi Koike et al, Ph 3 PCN 2 : Ein stabiles Reagenz für den Kohlenstoffatomtransfer, Wissenschaft (2024). DOI: 10.1126/science.ado4564