Wissenschaftler synthetisieren isotopische Atropisomere auf der Grundlage der Unterscheidung von Kohlenstoffisotopen

In der Chemie wird ein Molekül oder Ion als chiral bezeichnet, wenn es seinem Spiegelbild durch keine Kombination von Rotationen, Translationen oder Konformationsänderungen überlagert werden kann. Ein chirales Molekül oder Ion existiert in zwei Formen, sogenannten Enantiomeren, die Spiegelbilder voneinander sind; Aufgrund ihrer absoluten Konfiguration werden sie oft als „Rechtshänder“ oder „Linkshänder“ unterschieden. Enantiomere weisen ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften auf, außer wenn sie mit polarisiertem Licht interagieren bzw. mit anderen chiralen Verbindungen reagieren.

In den letzten Jahren haben isotopen-chirale Verbindungen, die auf der Unterscheidung von Isotopen eines Elements basieren, aufgrund ihrer neuartigen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen großes Interesse in der strukturellen und synthetischen organischen Chemie, der medizinischen Chemie und grundlegenden Reaktionsmechanismen geweckt. Zahlreiche optisch aktive Isotopenmoleküle mit asymmetrischem Kohlenstoff wurden auf der Grundlage der Wasserstoff/Deuterium (H/D)-Unterscheidung synthetisiert.

Allerdings ist die Synthese, Detektion und Charakterisierung von isotopischen Atropisomeren – Stereoisomeren, die aus einer gehinderten Rotation um Einfachbindungen resultieren und bei denen die sterische Spannungsbarriere für die Rotation hoch genug ist, um die Isolierung der Konformere zu ermöglichen – eine besondere Herausforderung. Bisher wurde über eine Handvoll solcher Moleküle berichtet, die auf H/D-Unterscheidung basieren.

Kürzlich hat ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Osamu Kitagawa von der Abteilung für Angewandte Chemie der Fakultät für Ingenieurwissenschaften am Shibaura Institute of Technology in Japan erfolgreich die asymmetrische Synthese von Isotopen-Atropisomeren basierend auf der Unterscheidung von Kohlenstoffisotopen demonstriert. Ihre Arbeit wurde online verfügbar gemacht Das Journal of Organic Chemistry. Es wurde gemeinsam von Ryunosuke Senda und Yuka Watanabe, Doktoranden der Abteilung für Angewandte Chemie des Shibaura Institute of Technology, verfasst.

Inspiriert durch ihre früheren Arbeiten zur Synthese des CH3/CD3-atropisomeren Chinazolin-4-on-Derivats stellte das Team erfolgreich beide Enantiomere von 2-Ethyl-Chinazolin-4-on mit Isotopenatropisomerie (N-C-axiale Chiralität) basierend auf ortho her -12CH3/13CH3-Unterscheidung.

Dieses Kunststück gelang ihnen durch eine asymmetrische Synthesemethode mit Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung. „Die synthetisierten Isotopen-Atropisomere, die auf der 12C/13C-Unterscheidung basierten, waren kryptochirale Verbindungen ohne optische Drehung“, betont Prof. Kitagawa.

Da die Forscher die Existenz einer Isotopen-Atropisomerie in den oben genannten Molekülen nicht nachweisen konnten, synthetisierten sie weiterhin diastereomere 3-Aryl-Chinazolin-4-on-Derivate mit einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und einer Isotopen-Atropisomerie. Mithilfe der 1H- und 13C-Kernspinresonanz konnten die Diastereomere klar unterschieden (und die Isotopenatropisomerie nachgewiesen) werden.

Sie zeigten außerdem eine hohe stereochemische Reinheit der Enantiomere und Diastereomere sowie Rotationsstabilität. Daher sind diastereomere 3-Arylchinazolin-4-one ein hervorragendes Gerüst für die Verifizierung verschiedener Isotopen-Atropisomere.

Zusammengenommen werden die neuen Erkenntnisse dieser Forschung unser grundlegendes Verständnis von Isotopen-Atropisomeren bereichern und positive Auswirkungen auf die organische und medizinische Chemie haben. „Diese Arbeit berichtet über die ersten isotopischen Atropisomere, die auf der 12C/13C-Unterscheidung basieren, was möglicherweise die akademische Neugier von Forschern wecken könnte, ähnliche Studien in der grundlegenden organischen Chemie durchzuführen“, bemerkt Prof. Kitagawa.