Chemische Synthese: neue Strategie zur Skelett-Editierung von Pyridinen
In der Chemie gilt die sogenannte Skelett-Editierung als ein geeignetes Verfahren, um ringförmige Strukturen innerhalb von Molekülverbindungen durch den Austausch einzelner Atome passgenau zu verändern. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Armido Studer vom Organisch-Chemischen Institut der Universität Münster hat nun eine neue Strategie vorgestellt, um Kohlenstoff-Stickstoff-Atompaare in Pyridin, einer häufig als Synthesebaustein genutzten ringförmigen Verbindung, in Kohlenstoff-Kohlenstoff-Atompaare umzuwandeln. Die Methode birgt Potenzial für die Suche nach neuen Medikamenten und Materialien, die häufig auf derartigen Molekülringen beruhen.
Während bei der sogenannten peripheren Funktionalisierung von Ringen, bei der beispielsweise Atomgruppen angefügt werden, die Ringstruktur intakt bleibt, erfordert die Skelett-Editierung die Spaltung stabiler Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen beziehungsweise zwischen einem Kohlenstoff- und einem anderen Atom innerhalb des Rings. „Das gilt in der organischen Synthese als besonders anspruchsvoll – man kann es sich wie eine Art chirurgischen Eingriff vorstellen“, veranschaulicht Armido Studer. Bisher war keine Synthesestrategie bekannt, um komplexe Pyridine durch Skelett-Editierung zu verändern. Mit dem neuen Ansatz stellte das Team Benzole und Naphthaline mit funktionellen Gruppen her, die präzise an bestimmte Positionen gebunden sind. Funktionelle Gruppen sind Atomgruppen, die für die Eigenschaften einer Verbindung entscheidend sind.
„Die Pyridine, die wir eingesetzt haben, sind von Natur aus reaktionsträge und daher schwer veränderbar“, erklärt Postdoktorand Dr. Qiang Cheng. „Wir mussten zunächst ihre spezifische Bindungsstruktur ändern – eine sogenannte Dearomatisierung durchführen –, um deutlich reaktivere Zwischenprodukte zu erhalten. Die nachfolgenden Cycloadditions- und Rearomatisierungsprozesse führen letztlich zur Bildung der Skelett-editierten Verbindungen.“
Debkanta Bhattacharya, Doktorand in der Gruppe von Armido Studer, ergänzt: „Wir können jetzt mithilfe eines sogenannten Ein-Topf-Verfahrens synthetisch wertvolle und medizinisch bedeutsame funktionelle Gruppen präzise an bestimmte Positionen der Ringe einführen.“ Unter einer Ein-Topf-Reaktion verstehen Chemiker eine Synthese, bei der die benötigten Reagenzien in einem einzigen Gefäß miteinander reagieren. Dr. Christian Mück-Lichtenfeld vom Organisch-Chemischen Institut analysierte den Mechanismus der Reaktionssequenz theoretisch.
Originalveröffentlichung
Qiang Cheng, Debkanta Bhattacharya, Malte Haring, Hui Cao, Christian Mück-Lichtenfeld and Armido Studer (2024): Skeletal editing of pyridines through atom-pair swap from CN to CC. Nature Chemistry; DOI: 10.1038/s41557-023-01428-2