Die Carbonylgruppe ist eine funktionelle Gruppe in der organischen Chemie. Aufgrund ihrer natürlichen Polarität war die Synthese von Verbindungen mit zwei Carbonylgruppen in einem ganz bestimmten Abstand zueinander bislang nur schwer möglich, weil sie die gezielte Umpolung einer der beiden Carbonylgruppen erforderte. Der Schlüssel zum jetzt erzielten Erfolg lag in der Verwendung eines Hydrazons, das die natürliche Polarität der Carbonylgruppe umkehren kann. Mit Hilfe eines besonders wirksamen und genau angepassten Katalysators konnten die gewünschten Moleküle in Reaktionen mit einem weiteren Reaktionspartner sehr effizient hergestellt werden. Neben eingehenden mechanistischen Studien zum Reaktionsverlauf gelang mit Hilfe dieser neuen Strategie auch bereits die Synthese verschiedener Wirkstoffe, wie zum Beispiel des Antiepileptikums Pregabalin.

Die Chiralität, also die asymmetrische Anordnung von Atomen in einem Molekül, spielt eine entscheidende Rolle in der Chemie und Biologie. Enantiomere, die spiegelbildliche und gleichzeitig nicht deckungsgleiche Formen eines Moleküls darstellen, können im menschlichen Körper völlig unterschiedliche Wirkungen entfalten. Im Labor eine gezielte Synthese nur eines Enantiomers solcher Verbindungen zu erreichen, stellt eine große Herausforderung dar. Das von der Forschungsgruppe verwendete Konzept der Silylium-ACDC (Asymmetrische Gegenionen-Katalyse) kann hier zum Erfolg führen. "Dabei verbinden sich zwei geladene Teilchen zu einem Ionenpaar: ein negativ geladenes Teilchen aus dem Katalysator und ein positiv geladenes Teilchen aus dem Hydrazon. Der chirale Katalysator stellt sicher, dass praktisch ausschließlich eines der beiden möglichen Spiegelbilder des Produkts entsteht", erklärt Studienleiter Prof. Schneider. Der Begriff "Silylium" beziehe sich dabei auf ein Silizium-Teilchen mit positiver Ladung, das als aktiver Bestandteil des Katalysators wirkt.

Potenzial für die Arzneimittelentwicklung

Die nach dieser Strategie hergestellten Verbindungen bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Sie könnten als Ausgangsstoffe für die Synthese verschiedener Arzneimittel dienen, deren Herstellung oft unter Einsatz von Schwermetall-Katalysatoren erfolgt. Darüber hinaus stellen sie wertvolle Bausteine für chemische Transformationen dar, die mit natürlicher Polarität nicht zugänglich sind.

"Mit dieser Arbeit glauben wir, einen bedeutenden Beitrag zu einer selektiven, nachhaltigen und zielgerichteten Synthesechemie geleistet zu haben", sagt Prof. Schneider. Diese Methode werde die Basis für weitere Entwicklungen und innovative Anwendungen insbesondere in der medizinischen Chemie schaffen.

Publikation:
Till Friedmann, Karl Schuppe, Michael Laue, Ole Goldammer, and Christoph Schneider: Catalytic Enantioselective Synthesis of 1,4-(Hetero) Dicarbonyl Compounds through α-Carbonyl Umpolung, J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 2, 1948–1956; DOI/10.1021/jacs.4c14826

Quelle: Universität Leipzig