Professorin Franziska Schoenebeck, Inhaberin des Lehrstuhls für Organische Chemie I der RWTH, veröffentlicht mit ihrem Team in Nature. Es geht dabei auch um mehr Nachhaltigkeit in chemischen Prozessen.
Die ständig steigenden Anforderungen an mehr Nachhaltigkeit und geringeren Energieverbrauch in chemischen Prozessen erfordern grundlegend neue Ansätze und Reaktivitätsprinzipien. In diesem Zusammenhang birgt die ausgeprägte Prävalenz ungerader Oxidationsstufen in weniger edlen Metallen ungenutztes Potenzial für grundlegend andere Reaktivitätsmodi durch die sogenannte metalloradische Katalyse. Entgegen dem etablierten Reaktivitätsparadigma, dass organische freie Radikale nach Zugabe zu einem Vinylcyclopropan zu einer schnellen Ringöffnung unter Spannungsfreigabe führen, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Professorin Franziska Schoenebeck, Inhaberin des Lehrstuhls für Organische Chemie I der RWTH Aachen, gezeigt, dass ein metallbasiertes Radikal, also ein Ni(I)-Metalloradikal, eine reversible cis/trans-Isomerisierung statt einer Öffnung auslöst und dabei zum ersten Mal nicht Bild und Spiegelbild des Moleküls bildet, sondern nur eines der beiden. Dazu hat Schoenebeck nun mit ihrem Team - Marvin Mendel, Teresa M. Karl, Jegor Hamm, Sherif J. Kaldas, Theresa Sperger und Bhaskar Mondal - in Nature den Beitrag ,,Dynamic Stereomutation of Vinylcyclopropanes with Metalloradicals" (Dynamische Stereomutation von Vinylcyclopropanen mit Metalloradikalen) publiziert.
Schoenebeck, seit 2013 an der RWTH Aachen, wurde jüngst von Thieme Chemistry und der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) für ihre Forschung auf dem Gebiet der organischen Chemie mit dem Thieme-IUPAC-Preis 2024 ausgezeichnet. Sie forscht an der Schnittstelle von organischer Synthese, homogener Katalyse und physikalisch-organischer Chemie. Ihre Gruppe hat bahnbrechende Beiträge in verschiedenen Bereichen geleistet, wie beispielsweise bei der Verwendung von Organogermanen in der Synthese und Katalyse, der Entwicklung effizienter Methoden für die Trifluormethylierung von Stickstoffgruppen und der Anwendung maschinellen Lernens bei der Untersuchung und Entwicklung zweikerniger Metallkomplexkatalysatoren. Ihre Ergebnisse werden immer wieder in Nature und Science, den beiden führenden Wissenschaftsmagazinen veröffentlicht.
Vinylcycloporpane sind wichtige Motive in natürlichen Produkten oder für strategische Anwendungen in Synthesen. Ihre Synthese in einer definierten Stereochemie (einzelnes Isomer) ist eine Herausforderung. Alternativ könnte man eine Mischung von Isomeren eines gewünschten Substitutionsmusters mit bestehenden Strategien herstellen und dann die Verbindung zu einem einzelnen Isomer isomerisieren. Bei diesem Verfahren kann jedoch die Enantiomerenreinheit nicht erhalten werden - es kommt zur Racemisierung. Dies bedeutet, dass auch das Spiegelbild des Moleküls gebildet würde, was jedoch nicht erwünscht ist ,,In unserer Arbeit gehen wir dieses Problem mit einem konzeptionell unterschiedlichen und neuartigen Ansatz an", erläutert Professorin Schönebeck.
Normalerweise fügen sich organische freie Radikale an ein Vinylcycloporpan und öffnen dieses. Dies ist eine weit verbreitete mechanistische Methode, um zu prüfen, ob ein freies Radikal in einer Reaktionsmischung vorhanden ist (das heißt eine hochreaktive Spezies). Die Aachener Forscherinnen und Forscher zeigen, dass bei Verwendung eines Radikals auf Metallbasis, eines Ni(I)-Radikalkomplexes, keine Öffnung stattfindet, sondern eine grundlegend andere Reaktivität. Stattdessen findet ein Isomerisierungsprozess statt, und das Besondere daran ist, dass die Enantiomerenreinheit nicht verloren geht - zum ersten Mal. Auf diese Weise konnte zum Beispiel ein enantiomerenreines Vinylcyclopropan (Verbindung 37 im beigefügten Manuskript) in ein anderes Enantiomer isomerisiert werden. Dies ist ein leistungsfähiger Ansatz, der in der Werkzeugkiste der organischen Chemiker noch nicht vorhanden war.
Wichtig ist, dass diese Verbindung 37 ein Schlüsselfragment in 12 antiviralen Medikamenten ist, darunter solche gegen Covid-19 und Hepatitis C. Es gibt industrielle Verfahren zur Herstellung von 37. Wollte man 37 in einem anderen Enantiomer, müsste ein neues Verfahren auf der Grundlage einer mehrstufigen Synthese entwickelt werden. Der einfache Zugang zu einem einzigen alternativen Isomer mit nur einem weiteren Ni-Katalyseschritt könnte es ermöglichen, seine Eigenschaften und seine Funktion als Virostatikum schneller zu bewerten und somit schneller neue Medikamente zu entwickeln.
Hier geht es zur kompletten Publikation.
Eine Antwort auf die ständig steigenden Anforderungen für neuartige Reaktivitäten
