Synthese von Molekülen Molekulares Origami: Chemiker entwickeln Reaktionskaskade zur Herstellung fluorierter Moleküle

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Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Einem Team der Universität Münster ist es gelungen, eine Reaktionskaskade zu entwickeln, die es ermöglicht, durch „molekulares Origami“ drei neue Klassen von zwei- bis dreifach fluorierten Molekülen in einem einzigen Arbeitsschritt zu synthetisieren. Die Entwicklung ist ein wichtiger Fortschritt für die Herstellung von Arzneimitteln und Agrochemikalien.

Natürlich vorkommende organische Moleküle enthalten nur selten Fluor. Für die Herstellung von Arzneimitteln oder Agrochemikalien ist dieses chemische Element jedoch unverzichtbar. Die synthetische Chemie spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer fluorhaltiger Molekülbausteine. Einfache, modulare Synthese-Strategien sind besonders gefragt.

Ein Team unter der Leitung von Prof. Dr. Ryan Gilmour vom Institut für Organische Chemie der Universität Münster hat jetzt eine Reaktionskaskade entwickelt, die es ermöglicht, mehrere Fluorierungsreaktionen durch die sequenzielle Erzeugung reaktiver Zwischenprodukte durchzuführen. Die Gruppe setzte preiswerte organische Katalysatoren und einfache Ausgangsstoffe ein. Sie zeigte, dass der jeweilige Ausgangsstoff durch eine Art „molekulares Origami“ transformiert werden kann, um in einem einzigen Arbeitsschritt drei neue Klassen von zwei- bis dreifach fluorierten Molekülen zu erzeugen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Mehrere Reaktionen in einem Schritt

Der schrittweise Aufbau komplexer fluorierter Moleküle kann mehrere Aufreinigungsschritte erfordern. Dies treibt die Kosten in die Höhe, benötigt zusätzliche Zeit und erzeugt Abfälle. Dr. Joel Häfliger und Dr. Louise Ruyet aus der Arbeitsgruppe von Ryan Gilmour fanden heraus, dass durch eine Feinabstimmung der Reaktionsbedingungen mehrere aufeinanderfolgende Reaktionen in einem einzigen Reaktionsgefäß möglich sind. So erzeugten sie aus einfachen Cyclobutanol-Derivaten drei neue Klassen komplexer fluorierter Produkte. „Die Strategie weist Parallelen zur Origami-Kunst auf, bei der man aus einem einfachen Stück Papier komplexe Figuren faltet“, veranschaulicht Louise Ruyet. „Dieses Prinzip lässt sich auf unsere chemische Methode übertragen.“

Die Reihe der Faltschritte steht für aufeinanderfolgende Reaktionen. „Ausgehend von unserem Stück Papier – dem Cyclobutanol-Derivat – wird eine Zwischenverbindung hergestellt. Diese Verbindung kann je nach Reaktionsbedingungen zu verschiedenen Produkten verarbeitet werden“, sagt Joel Häfliger, der Hauptautor der Arbeit.

Der Schlüssel zum Erfolg des Ansatzes war die Verwendung eines sauren Mediums, um das Substrat zu aktivieren und ein Zwischenprodukt zu erzeugen, das in einen katalytischen Zyklus eingebunden werden kann. Das Team synthetisierte als Anwendungsbeispiel ein fluoriertes Analogon des Wirkstoffs Nafenopin, der bei Hypolipidämie – einem auffällig niedrigen Lipidspiegel im Blut – eingesetzt wird.

Dieser Beitrag erschien zuvor auf dem LABORPRAXIS-Schwesterportal www.process.vogel.de/

Originalveröffentlichung: J. Häfliger, L. Ruyet, N. Stübke, C. G. Daniliuc and R. Gilmour (2023): Integrating I(I)/I(III) Catalysis in Reaction Cascade Design Enables the Synthesis of gem-Difluorinated Tetralins from Cyclobutanols. Nature Communications, 14, 3207; DOI: 10.1038/s41467-023-38957-w

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