Gold-Doppel optimiert Enantiomer-Produktion

14. Juli 2015
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Für die Synthese neuer Moleküle wurde ein Katalysator entwickelt, der zwei Goldatome nutzt. Diese Syntheseform erlaubt einen schnelleren Zugang zu hochreinen Wirkstoffen – ein möglicher neuer Ansatz für eine optimierte Arzneimittel-Produktion?

Viele organische Moleküle besitzen eine dreidimensionale Struktur, welche es ihnen ermöglicht in zwei Formen zu existieren. Auf den ersten Blick unterscheiden sie sich nur minimal, verhalten sich aber zueinander, wie die rechte zur linken Hand – sie sind Spiegelbilder.

Asymmetrische Katalyse

Moleküle, welche die Eigenschaft besitzen spiegelbildlich aber nicht identisch zu sein, werden als chirale Verbindungen bezeichnet – die beiden Spiegelbilder werden hierbei Enantiomere genannt. Diese chiralen Verbindungen sind sowohl in der Chemie, als auch der Biologie von großem Nutzen, weshalb der Entwicklung von neuen Methoden ihrer Synthese in der organischen Chemie große Bedeutung beigemessen wird.

Eine besonders effektive Methode, ausschließlich ein Enantiomer eines chiralen Moleküls zu erzeugen, ist die Verwendung kleiner Mengen eines chiralen Katalysators. Hierbei können wenige Moleküle eines Katalysators die Bildung großer Mengen des Zielmoleküls über mehrere Katalysezyklen bewirken. „Im Forschungsgebiet der asymmetrischen Metallkatalyse bilden ein Metallzentrum und ein daran geknüpfter chiraler Ligand, also ein metallbindendes Molekül, den Katalysator“, erklärt Nuno Maulide vom Institut für Organische Chemie der Universität Wien. Dieser muss, je nach Art der angestrebten Transformation, so gewählt und modifiziert werden, dass ideale Ergebnisse erzielt werden.

Ein neuer „Superligand“

Die Gruppe um Maulide hat nun einen neuen chiralen Liganden entwickelt, der die asymmetrische Synthese mit Gold bewirken kann. Das neue Design ermöglicht die gleichzeitige Verwendung von nicht einem, sondern zwei Goldatomen, welche an ein einziges Molekül des Liganden gekoppelt sind. Darüber hinaus erlaubt es der neue Ligand dem Metall, eine Vielzahl an verschiedenen Transformationen zu katalysieren. „Ein veritabler Superligand“, sagt Maulide.

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Allgemeine Darstellung von einem konventionellen Katalysator im Vergleich mit dem neuen Katalysatordesign. © Nuno Maulide

Ein Schlüsselmerkmal des neuen Katalysatordesigns ist das Vorhandensein von zwei Goldzentren. Die Forscher standen nun vor der Frage, ob das zweite Metallzentrum einen besonders ausgeprägten, positiven Effekt auf die Reaktion hat. Ein einfaches Kontrollexperiment konnte schließlich zeigen, dass das zweite Goldatom tatsächlich nötig ist um optimale Ergebnisse zu erhalten. Die Produkte, die durch diese Transformation zugänglich gemacht werden, sind höchst wertvolle Synthesezwischenstufen mit ausgeprägter biologischer Aktivität. Dank dieser Neuentwicklung kann etwa der Aromastoff „Whisky-Lacton“ in lediglich zwei zusätzlichen Synthesestufen hergestellt werden.

Originalpublikation:

Dimeric TADDOL Phosphoramidites in Asymmetric Catalysis: Domino Deracemization and Cyclopropanation of Sulfonium Ylides
Nuno Maulide et al.; Angewandte Chemie, doi: 10.1002/anie.201503851; 2015

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