Neue Reaktionsroute für Biomoleküle und Arzneimittel Effiziente Synthese ohne toxische Katalysatoren

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Fortschritt in der chemischen Synthese von bioaktiven Molekülen: Chemiker der Universität Erlangen-Nürnberg haben ein neues Verfahren entwickelt, das auf externe toxische und teure Katalysatoren verzichtet. Damit könnten Medikament in Zukunft effizienter, sicherer und günstiger hergestellt werden.

Die Herstellung von bioaktiven Molekülen und Arzneimitteln könnte künftig ohne externe Enzym- oder Metallkatalysatoren auskommen. Entscheidend dafür ist das zyklische Amin Dihydropyridin: ein sechsgliedriger Ring mit fünf Kohlenstoffatomen und einem Stickstoffatom.

Dihydropyridin-Verbindungen werden beispielsweise als Blutdrucksenker eingesetzt, sind aufgrund ihrer einstellbaren Fluoreszenz aber auch als photoelektronische Materialien im Gespräch. „An das Stickstoffatom kann eine Vielzahl verschiedener Moleküleinheiten gebunden werden. Diese Variation der Substituenten ermöglicht eine gezielte Modulation der biologischen Eigenschaften von Dihydropyridinen“, erklärt Prof. Dr. Svetlana Tsogoeva, Arbeitsgruppenleiterin am Department Chemie und Pharmazie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Sie entwickelt mit ihrem Team ein Verfahren, bei dem ein in situ gebildeter Organoautokatalysator die chemische Synthese bioaktiver zyklischer Aminverbindungen mit hoher Effizienz unter milden Bedingungen ermöglicht.

Eine Landkarte für Einzelatom-Katalysatoren

Atomare Nachbarschaft im Blick – für bessere Katalysatoren

Teuer und toxisch war einmal: Autokatalyse ist die Lösung

Transaminierungsreaktionen, also die gezielte Variation des Substituents am Stickstoff in zyklischen und azyklischen Aminen, sind besonders schwierig chemisch umzusetzen. „Momentan werden komplexe Enzymkatalysatoren oder teure und oft toxische Metalle dafür benötigt“, sagt Forschungsleiterin Tsogoeva. „Außerdem laufen die Reaktionen zumeist unter extremen Reaktionsbedingungen ab.“ Damit wird die Synthese nicht nur aufwendig und kostenintensiv, es entstehen auch toxische Abfälle, was insbesondere bei der Herstellung von Medikamenten problematisch ist.

Die Tsogoeva-Gruppe setzt daher auf ein Verfahren, das auf den Einsatz externer Katalysatoren vollständig verzichtet und dennoch hocheffizient ist. Die Forschenden nutzen Pyrrolidiniumsalz als organischen Autokatalysator – ein Ammoniumsalz, das während des Syntheseprozesses gebildet wird und die Reaktion beschleunigt. Das Ergebnis: Die autokatalytische Reaktion läuft in einem einzigen dominoartigen Prozess bei Raumtemperatur ab und liefert eine Ausbeute von bis zu 95 Prozent. „Dieses Verfahren geht über die Nachahmung der Natur hinaus und eröffnet neue Möglichkeiten in der Chemie der Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen“, beschreibt Tsogoeva.

Schritt zu grüner Chemie

Das neue organoautokatalytische System begründet eine effiziente, nachhaltige Strategie für den einfachen Zugang zu komplexen stickstoffhaltigen bioaktiven Molekülen und Arzneimittelverbindungen. Die Studie trägt laut den Forschern zum grundlegenden Verständnis der Substitution verschiedenster Molekülgruppen in Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen bei. Sie eröffne zudem faszinierende Möglichkeiten für die Entwicklung grüner Synthesemethoden der nächsten Generation ohne den Einsatz von Enzymen, Metallen oder aggressiven Reagenzien.

Originalpublikation: Dr. Volker Klein, Florian Schuster, Jonas Amthor, Dr. Harald Maid, Prabhakar Bijalwan, Prof. Dr. Fahmi Himo, Prof. Dr. Stefano Santoro, Prof. Dr. Svetlana B. Tsogoeva: Development of an Organoautocatalyzed Double σ-Bond C(sp2)-N Transamination Metathesis Reaction, Angewandte Chemie, Volume 64, Issue 28, July 7, 2025; DOI: 10.1002/anie.202505275

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