Kooperierende Katalysatoren bieten einen neuen Weg zur Nutzung von Formiatsalzen

Zwei Katalysatoren, die im Tandem arbeiten, ermöglichen es kostengünstigen Formiatsalzen, schwierige Desaromatisierungsreaktionen durchzuführen, was zu Produkten führt, die möglicherweise für die Arzneimittelentwicklung nützlich sind.

Forscher am Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) haben eine Methode entwickelt, die kooperierende Katalysatoren verwendet, um anspruchsvolle desaromierende Carboxylierungsreaktionen durchzuführen. Bei diesem Verfahren werden hochreaktive Radikalanionen von Kohlendioxid (CO2) aus kostengünstigen Formiatsalzen gewonnen und zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten verwendet, einschließlich α-Aminosäuren, die möglicherweise in der Arzneimittelentwicklung nützlich sind. Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht ACS-Katalyse.

Aromatische Systeme sind stabil, daher erfordert die Durchführung einer Dearomatisierungsreaktion, bei der das aromatische System zerstört wird, eine hochreaktive Verbindung. In dieser Studie wird eine Formiatsalzverbindung als Quelle für hochreaktive CO2-Radikalanionen verwendet. Die Forscher gestalteten die Reaktion so, dass zwei separate Katalysatoren, ein Photoredoxkatalysator und ein Wasserstoffatom-Transferkatalysator, miteinander kooperieren. Diese Zusammenarbeit, kombiniert mit der Belichtung mit blauem Licht, erzeugt hochreaktive CO2-Radikalanionen, die sich an ein aromatisches System addieren können und dabei das aromatische System stören.

Frühere Forschungen dieser Gruppe, die Elektrizität verwendeten, um eine ähnliche Reaktion anzutreiben, lieferten Inspiration für diese Studie.

„Basierend auf Berechnungen aus einer früheren elektrochemischen Reaktion, die wir untersucht haben, vermuteten wir, dass ein Reaktionsmechanismus mit CO2-Radikalanionen vielversprechend sein würde“, sagte Erstautor Saeesh Mangaonkar. „Diesmal haben wir einen photochemischen Ansatz gefunden, der umweltfreundlich und für kommerziell erhältliche aromatische Verbindungen geeignet ist.“

Zusätzlich zu den standardmäßigen aromatischen Ringen, die ausschließlich aus Kohlenstoff bestehen, hat sich dieses Reaktionsgerüst der desaromatisierenden Carboxylierung als erfolgreich für eine Vielzahl von heteroaromatischen Ringen erwiesen, die anstelle eines der Kohlenstoffatome ein Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatom im Ring aufweisen. Die resultierenden Carbonsäurederivate haben Nicht-Kohlenstoffatome, die dem Säureteil des Moleküls benachbart sind, was ein wichtiges Strukturmerkmal ist. Mit zusätzlichen Schritten können diese Arten von Verbindungen in biologisch aktive Strukturen umgewandelt werden.

Während das vorherige Verfahren dem Substrat zwei CO2-Moleküle hinzufügt, fügt dieses neue Verfahren nur ein einziges CO2-Molekül hinzu, das aus Formiatsalzen stammt. Mit diesen beiden komplementären Methoden können Chemiker nun steuern, ob sie ein oder zwei CO2-Moleküle hinzufügen, was ihnen mehr Freiheit beim Entwerfen und Synthetisieren von Molekülen mit Carboxylgruppen verschafft.

„Wir hoffen, dass sich dieser Prozess in der pharmazeutischen Entwicklung als nützlich erweisen wird“, fügte Tsuyoshi Mita hinzu. „Effiziente Synthesemethoden wie diese zu schaffen, ist wichtig, um auf eine nachhaltige Gesellschaft hinzuarbeiten.“