C-H-Oxidation

Synthese der Natur nachempfunden

Chemiker um Thomas Magauer vom Institut für Organische Chemie haben erstmals den sehr komplexen Naturstoff Mitrephorone B im Labor synthetisch hergestellt. In einem weiteren Schritt gelang es ihnen diesen in einem der Natur nachempfundenen Prozess zu Mitrephorone A, einem weiteren Naturstoff, zu oxidieren. Sie berichten darüber im Journal of the American Chemical Society.

Eine in Südostasien beheimatete Baumart, Mitrephora glabra, produziert einen Naturstoff, der in biologischen Untersuchungen antimikrobielle und zytotoxische Wirkung gezeigt hat. Den Innsbrucker Chemikern um Thomas Magauer ist es nun gelungen, den sehr komplexen Stoff erstmals synthetisch herzustellen. Sie nutzen dazu ein Verfahren, das an die in der Natur stattfindende Synthese angelehnt ist. Die Herstellung erfolgt dort ausgehend von linearen Vorstufen. Eine Reihe von Enzymen wandelt diese dann in ein polyzyklisches Kohlenstoffgerüst um. Eine nachfolgende Oxidation führt schließlich zum Naturstoff Mitrephorone, der in der Natur in drei leicht modifizierten Formen vorkommt. „Basierend auf der vorliegenden Dekoration haben wir die Vermutung, dass Mitrephorone B die Mutterverbindung von A und C ist“, erläutert Thomas Magauer.

In der aktuellen Arbeit im Journal of the American Chemical Society konnten die Chemiker neben der erstmaligen Synthese der Mutterverbindung Mitrephorone B auch die Umwandlung in Mitrephorone A auf zwei unterschiedlichen Wegen erfolgreich demonstrieren. Die Umwandlung der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung in eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung realisierten sie durch Verwendung eines Eisen-Katalysators bzw. durch die Anwendung einer elektrochemischen Oxidation. Diese C-H-Oxidationen werden aktuell intensiv erforscht. Dabei gilt es, die einzigartige Effizienz der Enzyme mit künstlichen Systemen zu imitieren. Eine selektive Oxidation erweist sich dabei als schwierig, weil diese Bindungen mit potentiellen Reaktionspartnern nur in sehr geringem Maße reagieren bzw. diese sehr zahlreich vorkommen. 

„Die erfolgreiche Umwandlung von Mitrephorone B zu Mitrephorone A liefert einen entscheidenden Hinweis dafür, dass auch die Natur diesen Weg geht“, freut sich Thomas Magauer. Interessanterweise konnte Mitrephorone C unter Laborbedingungen nicht nachgewiesen werden. Das könnte laut Magauer zwei Gründe haben: „Entweder zeigt es, dass aktuell verfügbare Katalysatoren bzw. elektrochemische Methoden nicht so effizient wie die in der Natur verwendeten Enzyme sind, oder aber, es gibt in der Natur einen alternative Weg zu Mitrephorone C.“ Letzteres würde bedeuten, dass Mitrephorone B nicht die Mutterverbindung von Mitrephorone C ist und es eine bisher noch unbekannte Vorstufe davon gibt.

Die Forschungen auf diesem Gebiet werden aktuell von der Europäischen Union (Forschungsvereinbarung „HALODRUGSYN“, no. 714049) und vom FWF (Forschungsvereinbarung P31023-NBL) finanziell unterstützt und fanden im Rahmen des Centrums für Molekulare Biowissenschaften (CMBI) statt.

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