Wittig-Reaktion neu entdeckt Neue Alkensynthese mit Schwefel- statt Phosphor-Yliden

Chemie ist wie Backen: wer auch nur leicht am Rezept schraubt, bekommt am Ende nicht das geplante Ergebnis. So ist in der organischen Chemie bekannt, dass so genannte Phosphor-Ylide zur Synthese von Alkenen geeignet sind, Schwefel-Ylide jedoch nicht. Eine Forschergruppe der Uni Wien hat nun aber bewiesen, dass auch Schwefel-Ylide zur Synthese von Alkenen genutzt werden können.

Wien/Österreich – Mittels chemischer Synthese können aus einfachen Ausgangsmaterialien wertvolle Produkte entstehen. Zu den wichtigsten Bausteinen der Synthese zählen die Carbonyle mit ihren Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindungen, da sie leicht in viele Produkte umgewandelt werden können. Im Lauf der Zeit haben Chemiker bestimmte „Regeln“ formuliert, die eine Vorhersage der zu erwartenden Produkte ermöglichen, wenn ein Carbonyl bestimmten Reaktionsbedingungen ausgesetzt wird. So wissen sie etwa, dass Carbonyle mit so genannten Phosphor-Yliden zu Alkenen weiterreagieren. Der Entdecker dieser Reaktion, Georg Wittig, wurde aufgrund der immensen Bedeutung von Alkenen 1979 mit dem Chemie Nobelpreis ausgezeichnet.

Im Gegensatz dazu zeigen die Lehrbücher der organischen Chemie, dass die Reaktion von Schwefel-Yliden mit Carbonylen gänzlich andere Produkte liefert: so genannte Epoxide. Eine Forschungsgruppe um Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien hat nun aber eine spezielle Art von Schwefel-Yliden entdeckt, die in Kombination mit Carbonylen eben doch Alkene bildet. In ihrer nun veröffentlichten Studie zeigen sie, dass Schwefel-Ylide tatsächlich wie Phosphor-Ylide agieren können.

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Alkene: Superstars unter Molekülen

Alkene haben einen unvergleichlichen Einfluss auf die moderne Welt, weshalb ihre Synthese so wichtig ist. „Beim Lesen dieses Textes wird das Licht, welches jedes Wort zu Ihrem Auge transportiert, von einem Alken mit Namen Retinal eingefangen“, gibt Erstautor Phillip Grant von der Universität Wien ein Beispiel und fährt fort: „Wenn Sie jemals Tee oder Rotwein getrunken haben, weil diese Antioxidantien enthalten, dann wollten Sie bestimmte Alkene zu sich nehmen. Wenn Ihnen ein Medikament verschrieben wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass dies entweder ein Alken enthält oder aus einem Alken hergestellt wurde. Alkene sind die Superstars der Chemie.“ Dementsprechend bedeutend ist deren chemische Synthese.

Mehrkomponentenreaktionen

Vielversprechende Reaktion zur Herstellung nützlicher Verbindungen

Alkene können in zwei verschiedenen geometrischen Formen auftreten: entweder sind sie „gebogen“ (cis-Alken) oder „gerade“ (trans-Alken). „Wenn wir Alkene synthetisieren, ist es äußerst wichtig, die Geometrie zu kontrollieren, da die Form des Moleküls große Auswirkungen auf seine Eigenschaften hat“, erklärt Forschungsleiter Maulide: „Zum Beispiel weiß man, dass cis-Fette positive Auswirkungen auf die kardiovaskuläre Gesundheit haben, während es bekannt ist, dass trans-Fette der Gesundheit nicht zuträglich sind.“

Selektive Alken-Synthese

Die Methode der Wiener Forschergruppe ermöglicht Kontrolle über die Geometrie der Alkenprodukte und ist in der Lage, die cis- oder trans-Alkene selektiv zu generieren. Dabei übertrifft diese Reaktion auch die Selektivitäten bisher bekannter Alkensynthesen.

„Chemie steckt voller Überraschungen“, sagt Maulide, der mit seinem Team nach chemischen Lösungen für gesellschaftliche Probleme sucht. „Ständiges Hinterfragen von bestehendem Wissen ist der Schlüssel zur Weiterentwicklung der Wissenschaft.“

Originalpublikation: eremy Merad, Phillip S. Grant, Tobias Stopka, Juliette Sabbatani, Ricardo Meyrelles, Alexander Preinfalk, Jan Matyasovsky, Boris Maryasin, Leticia Gonzalez, Nuno Maulide: Direct Stereodivergent Olefination of Carbonyl Compounds with Sulfur Ylides. J, J. Am. Chem. Soc. 2022, just accepted; DOI: 10.1021/jacs.2c05637

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