Selektive Synthese von Meta-Isomeren jetzt möglich

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Wissenschafthaben vier RIKEN-Organiker einen Weg gefunden, selektiv Isomere einer wichtigen Gruppe aromatischer Verbindungen zu synthetisieren. Dies verspricht die Herstellung von Chemikalien für Medikamente, Düngemittel und Polymere ohne aufwendige Trennverfahren.

Bei der Herstellung chemischer Verbindungen kann die Platzierung einer chemischen Gruppe an der falschen Position eines Benzolrings schwerwiegende Folgen haben. „Menschen können sterben, wenn die Position falsch ist“, behauptet Laurean Ilies vom RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS). „Zum Beispiel ist eine Form von Vanillin die Chemikalie, die Vanille ihren Geschmack verleiht, während eine andere ziemlich giftig ist.“

Der Benzolring ist hexagonal mit einem Kohlenstoffatom an jedem seiner sechs Eckpunkte. Da alle Kohlenstoffatome identisch sind, macht es keinen Unterschied, welche man als erste chemische Gruppe an den Ring anfügt.

Komplexität entsteht, wenn Sie eine zweite Gruppe hinzufügen, weil sie an jedes von fünf Kohlenstoffatomen anhaften kann: die beiden benachbarten der ersten Gruppe (um das ortho-Isomer zu ergeben), das diametral gegenüberliegende (das para-Isomer) oder die beiden Kohlenstoffe dazwischen diese beiden (das Meta-Isomer; Abb. 1). Die resultierenden Isomere haben identische chemische Formeln, gehen aber oft sehr unterschiedliche biochemische Reaktionen ein.

Es ist relativ einfach, die beiden Stellen neben der ersten Gruppe zu blockieren, aber organische Chemiker haben sich schwer getan, allgemeine Strategien zur selektiven Synthese des meta-Isomers zu entwickeln.

Jetzt haben Ilies, Sobi Asako und zwei Mitarbeiter, alle vom CSRS, einen Iridium-Katalysator hergestellt, der einen Liganden trägt, der sowohl die benachbarten als auch die gegenüberliegenden Stellen blockiert, sodass nur das meta-Isomer in signifikanten Mengen produziert wird. Mit dieser Methode können Benzolringe mit Gruppen versehen und Verbindungen hergestellt werden, die für Düngemittel, Polymere und Feinchemikalien sowie Medikamente verwendet werden.

Das Team demonstrierte das Potenzial seines Katalysators, indem es ihn zur Funktionalisierung verschiedener pharmazeutischer Moleküle mit sehr hohen Selektivitäten verwendete. „Wir waren überrascht, wie gut es funktioniert hat“, sagt Ilies. „Das ist sehr erfreulich, da wir etwa drei Jahre Forschung brauchten, um diesen Ansatz zu entwickeln.“

Der Ansatz ist sehr allgemein und kann auf einer großen Vielzahl von Substraten verwendet werden. „Wir haben herausgefunden, dass sich mit dieser Methode eine ganze Reihe von Substraten funktionalisieren lässt“, sagt Ilies. „Vielleicht war das die beste Nachricht.“

Der dachartige Ligand ist von der Natur inspiriert, da er die Wirkung von Enzymen nachahmt, die Taschen haben, um die Synthese von Biomolekülen des richtigen Isomers zu steuern.

Das Team beabsichtigt nun, diese Strategie auf eine größere Vielfalt von Molekülen und unterschiedliche Selektivitäten auszudehnen.