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Che­mische Kup­pelei

Unter Hochdruck werden zwei durch Schwefel überbrückte Kohlenstoffatome gezwungen, eine Bindung mit zwei weiteren Kohlenstoffatomen einzugehen. Die daraus resultierende fünfgliedrige Verbindung eröffnet neue chemische Möglichkeiten. Thomas Magauer, Professor am Institut für Organische Chemie, hat das Ergebnis im Magazin JACS – Journal of the American Chemical Society – veröffentlicht.
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Mit dieser Hochdruck-Anlage arbeiten Magauer und sein Team. (Bild: Magauer)

Bis zu 14.000 Bar sind notwendig, um zwei durch Schwefel verknüpfte Kohlenstoffatome erfolgreich an ein räumlich abgeschirmtes Molekül zu binden. Im Vergleich zu dem verwendeten Hochdruck hat ein gewöhnlicher Fahrradreifen nur einen Druck von etwa 4 Bar. Thomas Magauer und sein Team haben daran gearbeitet, gleichzeitig zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen an einem Molekül auszubilden. „Diese doppelte Verknüpfung ist unter Normaldruck sehr schwierig zu realisieren. Durch Verwendung von Hochdruck konnten wir in den meisten Fällen wesentlich bessere Ausbeuten erzielen und auch reaktionsträge Substrate zwingen, an der Reaktion teilzunehmen“, erläutert der Wissenschaftler. Der entstehende Heterozyklus, bestehend aus insgesamt vier Kohlenstoffatomen und einem Schwefelatom kann weiter modifiziert und in eine Vielzahl anderer Verbindungen überführt werden. So wird dieser Heterozyklus zu einem wertvollen Baustein für die Herstellung unterschiedlicher Pharmazeutika, oder kann beispielsweise auch als Zwischenprodukt, als sogenanntes Intermediat, in der Naturstoffchemie eingesetzt werden. „Wir haben in dieser Arbeite eine Vielzahl von funktionalisierten Dihydro- und Tetrahydrothiophenen hergestellt. Der Vorteil der Methode besteht darin, dass man einen Ring generiert, der Schwefel beinhaltet, und diesen sehr selektiv weiter modifizieren kann. Der Schwefel kann zum Beispiel in einem weiteren Schritt entfernt werden, um das gewünschte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Gerüst zu demaskieren“, verdeutlicht Magauer, der erklärt, dass vor allem Schwefel vergleichsweise einfach zu modifizieren ist.

Vielseitig einsetzbar

Der Wissenschaftler und sein Team wollten herausfinden, ob dieser Vorgang auch in anderen Systemen funktioniert und wo die natürlichen Grenzen dieser Methode liegen. „Wir haben dann begonnen, die Substrate systematisch zu verändern und haben so unterschiedliche Molekül-Variationen erstellt“, so Magauer. In der systematischen Variation verglichen die Expertinnen und Experten die Bildung der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen unter Normal- und Hochdruck. „Die Produkte sind wertvolle Intermediate zur Herstellung von funktionalisierten Thiophenene, Dienes, Dendralenes, und vicinalen-quaternären Kohlenstoffzentren. Die Nützlichkeit der Methode konnte darüber hinaus in der Herstellung der beiden Pharmazeutika NGB 4420 und Tenilapine gezeigt werden“, erläutert der Chemiker. Unter Hochdruck ist es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelungen, die Schritte in der Herstellung eines Pharmazeutikums maßgeblich zu reduzieren. Die Umsetzung eines solchen Projektes ist allein kaum machbar. Magauer freut sich auch über die hervorragende Zusammenarbeit mit Klaus Wurst vom Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie sowie mit Thomas Müller vom Institut für Organische Chemie, die mit ihren Expertisen in der Analyse von Röntgenstrukturen und der Massenspektrometrie zum Erfolg des Projektes beigetragen haben. Das FWF-Projekt mit dem Titel „Hochdruck in der Totalsynthese“ läuft noch bis Ende Juni 2022. Dieses richtungsweisende Ergebnis in einem über vier Jahre dauernden FWF-Projekt wurde im Magazin JACS – Journal of the American Chemical Society – veröffentlicht.

[Studienlink]

 

Publikation: Synthetic Entry to Polyfunctionalized Molecules through the [3+2]-Cycloaddition of Thiocarbonyl Ylides. Franz-Lucas Haut, Christoph Habiger, Klaus Speck, Klaus Wurst, Peter Mayer, Johannes Nepomuk Korber, Thomas Müller, and Thomas Magauer.

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