Entwicklung neuer Wirkstoffmoleküle

Recycelbarer Photokatalysator für Aufbau biologisch aktiver Verbindungen

Viele biologisch aktive Moleküle, darunter synthetische Medikamente, haben eine zentrale, stickstoffhaltige Struktur mit dreidimensionaler Form. Bisher gibt es jedoch kaum geeignete Methoden, um sie herzustellen – was es erschwert, neue Arzneimittel zu entdecken. Forscher der Uni Münster haben eine Methode entwickelt, um eine entsprechende Reaktion zu ermöglichen.

Bei der neuen Methode zur Synthese von Isochinuclidinen überträgt ein Photokatalysator Lichtenergie von blauen LEDs auf ein Substrat. © Jiajia Ma

Die zentrale, stickstoffhaltige chemische Struktur in den biologisch aktiven Molekülen, Isochinuclidin genannt, hat eine dreidimensionale Form – wodurch sie besser mit Enzymen und Proteinen interagieren kann als flache, zweidimensionale Moleküle. Chemiker um Prof. Dr. Frank Glorius von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben ihre neue Methode, mit der genau diese Art von Reaktion möglich ist, jetzt in der Fachzeitschrift „Chem“ veröffentlicht.

Photokatalysator überträgt Lichtenergie

Bei einer Reihe von Methoden zur Herstellung dreidimensionaler Strukturmotive addieren Chemiker ein weiteres Molekül an ein flaches Ausgangsmolekül. Die internen Bindungen beider Moleküle werden so reorganisiert, dass neue Bindungen zwischen ihnen gebildet werden – eine chemische Reaktion, die man als Cycloaddition bezeichnet. Das Problem: Bei Isochinuclidinen besteht eine hohe Energiebarriere für eine solche Cycloaddition, da das flache Ausgangsmolekül, ein Pyridin, sehr stabil ist: Selbst mittels intensiver Wärmezufuhr kann die Reaktion nicht stattfinden.

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Bei der neu entwickelten Methode überträgt ein speziell hierfür entwickelter Photokatalysator Lichtenergie von blauen LEDs auf ein Substrat, um eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung im Molekül in einen hochenergetischen Zustand zu versetzen. Dieses angeregte Molekül ist daraufhin in der Lage, mit einem nahegelegenen Pyridin als Ausgangsmolekül zu reagieren, wodurch ein sogenanntes Dehydroisochinuclidin entsteht. Die Wissenschaftler zeigten 44 Beispiele für diese Verbindungen, die anschließend in Isochinuclidine und andere nützliche Strukturen umgewandelt werden konnten.

Eine weitere Besonderheit der Studie ist die Recyclingfähigkeit des Photokatalysators: Er kann mehr als zehnmal wiederverwendet werden, ohne dass seine Aktivität beeinträchtigt wird. Um im Detail zu verstehen, wie die Reaktion funktioniert und warum ausschließlich die gewünschten Produkte entstehen, führten die Wissenschaftler weitere Experimente mithilfe computergestützter Berechnungen durch.

„Wir hoffen, dass diese Studie nicht nur dazu beitragen wird, den Bereich der sogenannten 'Energietransfer-Katalyse' intensiver zu erforschen, sondern dass dadurch auch die Entwicklung neuer Wirkstoffmoleküle beschleunigt werden kann“, betont Dr. Jiajia Ma, Erstautor der Studie.

Förderung: Die Studie erhielt finanzielle Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Leibniz Award, Schwerpunktprogramm 2102 und Sonderforschungsbereich 858) und die Alfried-Krupp-von-Bohlen-und-Halbach-Stiftung.

Originalpublikation: J. Ma et al. (2019): Direct Dearomatization of Pyridines via an Energy-Transfer-Catalyzed Intramolecular [4+2] Cycloaddition. Chem; DOI: 10.1016/j.chempr.2019.10.016

Quelle: Westfälische Wilhelms-Universität Münster

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