Lignane sind pflanzliche Naturstoffe mit komplexen ringförmigen Strukturen, die in vielen Arten als Abwehrstoffe dienen. Besonders bedeutsam sind die Furofuran-Lignane, die ein charakteristisches bicyclisches Ringsystem enthalten. In der Pflanze Phryma leptostachya finden sich zahlreiche Vertreter dieser Stoffklasse, darunter die chemisch anspruchsvollen und biologisch hochaktiven Haedoxane und Phrymaroline. Phrymaroline und verwandte Naturstoffe zeigen antibakterielle und antivirale Wirkungen, etwa gegen das Tabakmosaikvirus. Zudem wirken einige Vertreter bereits in sehr geringen Konzentrationen als hochpotente Insektizide. Besonders hervorzuheben ist Haedoxan A, ein trimeres Lignan mit außergewöhnlicher Aktivität gegen Schädlinge wie Culex pipiens, Musca domestica und den Fall Armyworm (Mythimna separata). Untersuchungen zeigen, dass Haedoxan A sogar wirksamer ist als das kommerzielle Insektizid Indoxacarb – möglicherweise aufgrund eines bisher unbekannten Wirkmechanismus. Die natürliche Ausbeute ist jedoch extrem gering: 1989 konnten nur 83 Milligramm der Substanz aus 36 Kilogramm Wurzelmaterial isoliert werden. Magauer betont den grundsätzlichen Wert dieser Naturstoffe: „Bioinspirierte Strategien ermöglichen nicht nur effiziente Syntheserouten, sondern eröffnen auch ein großes Innovationspotenzial für Folgeprojekte.“
Bioinspirierte Synthese als Schlüssel für nachhaltige Lösungen
Um die vielversprechenden Moleküle in relevanten Mengen zugänglich zu machen, entwickelte die Arbeitsgruppe eine an die Biosynthese angelehnte Strategie. Sowohl der charakteristische Furofuran-Kern als auch das 1,4-Benzodioxan-System konnten über Cyclisierungen aufgebaut werden, die natürlichen Prozessen nachempfunden sind. Dadurch gelang es, Haedoxan A und Haedoxan D in nur 13 Schritten herzustellen, eine außergewöhnlich kurze Synthesesequenz für so komplexe Naturstoffe. Das Projekt entstand in enger Zusammenarbeit mit einem agrochemischen Industriepartner. Für Magauer ist dieser Austausch zentral: „Die langjährige Zusammenarbeit mit industriellen Partnern stärkt die eigene Forschung und fördert zugleich die Ideenbildung im Arbeitskreis.“ Gleichzeitig eröffnet die Kooperation Studierenden und Nachwuchsforschenden wertvolle Perspektiven: „Der direkte Austausch mit der chemischen Industrie bietet spannende Einblicke in Forschung und Entwicklung jenseits der Grundlagenforschung, macht aktuelle Herausforderungen frühzeitig sichtbar und bereitet die teilnehmenden jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler optimal auf ihre zukünftige Karriere vor.“
Der neue Syntheseweg ermöglicht nicht nur ein besseres Verständnis der natürlichen Biosynthese, sondern schafft die Grundlage für die Entwicklung hochwirksamer Naturstoff-Analoga. Damit leistet die Forschung einen wichtigen Beitrag zu effektiveren und zugleich nachhaltigen Strategien im Pflanzenschutz, ein dringendes Anliegen angesichts global zunehmender Resistenzbildungen und des Bedarfs an umweltfreundlicheren Wirkstoffen.
Publikation: Unified Total Synthesis of Phrymarolin and Haedoxan Natural Products. Paciorek, Jan; Guy, Antoine; Sudau, Alexander; Barber, David; Magauer, Thomas. Journal of the American Chemical Society 2025. DOI: 10.1021/jacs.5c16676
Link zur Arbeitsgruppe von Thomas Magauer: Magauer Laboratory
(Magauer/red)