Cornexistin wird in der Natur von dem Pilz Paecilomyces variotii produziert und wirkt als starkes Breitbandherbizid gegen Unkraut in der Landwirtschaft. In Kooperation mit Bayer Crop Science ist es Thomas Magauer und seinem Team in einem vierjährigen Projekt gelungen, die weltweit erste Synthese dieses Naturstoffes zu realisieren. Der Einsatz einer natürlichen Verbindung in der Landwirtschaft hat viele Vorteile gegenüber vollsynthetischen Verbindungen, deren Wirkung auf andere Lebewesen, wie beispielsweise Bienen, noch nicht geklärt ist. Mit ihrer Forschung tragen die Chemikerinnen und Chemiker dazu bei, dieses Problem zu umgehen. „Auch wenn der genaue Wirkmechanismus noch nicht bekannt ist, weiß man bereits, dass Mais dagegen resistent ist. Das typische Unkraut wird am Feld reduziert, während der Mais überlebt und der Ernteertrag gesteigert werden kann“, so Magauer. Ist der Wirkmechanismus aufgeklärt, könnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch daran arbeiten, weitere künstliche Verbindungen zu finden, die ähnlich oder sogar besser wirken. Denkbar wäre auch die Herstellung einer vereinfachten Modifikation von Cornexistin. „Es gibt Hinweise darauf, dass Cornexistin das für Pflanzen essentielle Enzym Asparatat Amino Transferase inhibiert“, erläutert der Chemiker.
Komplexe Architektur
Die molekulare Struktur von Cornexistin stellt eine große synthetische Herausforderung für die Chemikerinnen und Chemiker dar. „Die Verbindungen ist sehr komplex. Ein nur schwer zugänglicher kohlenstoffhaltiger Neunring ist an eine sehr instabile Maleinsäure-Einheit geknüpft. Darüber hinaus besitzt das Grundgerüst mehrere mit Sauerstoff funktionalisierte Positionen, die sehr leicht abgebaut werden können“, so der Leiter der Forschungsgruppe. Neben der Herausforderung, einen Neunring erfolgreich aufzubauen, lauern noch weitere Gefahrenquellen. Die Verbindung basiert auf einem Maleinsäureanhydrid-Motiv. „Das sind Carbonsäuren, aus denen Wasser entfernt wurde und dadurch sehr reaktiv ist. Sobald die Verbindung beispielsweise in der Luft exponiert ist und Spuren von Wasser vorhanden sind, kann sie diese aufnehmen“, verdeutlicht Magauer einige der Schwierigkeiten. Weltweit gab es bereits mehrere Versuche, den Naturstoff zu synthetisieren, jedoch schlugen sämtliche Strategien fehl. „Die fermentative Herstellung und Aufklärung der Biosynthese wurde durch den Cox-Arbeitskreis in Hannover realisiert. Die Synthese ist eine wertvolle Alternative, die es zusätzlich erlaubt, gezielt strukturelle Modifikationen einzuführen, die etwa durch Semisynthese nicht möglich wären“, erläutert der Magauer, der gemeinsam mit seinem Team nicht nur den gewünschten Naturstoff in enantiomerenreiner Form herstellen konnte, sondern auch die spiegelbildliche Form sowie zahlreiche unnatürliche Analoga. „Die Verbindungen können nun weitere Untersuchungen zum genauen Wirkmechanismus sowie der biologischen Aktivität der hergestellten Bibliothek durchgeführt werden“, blickt der Chemiker voraus. Die Ergebnisse der Forschungen wurden im Magazin „Angewandte Chemie“ publiziert.
Publikation: Total Synthesis of (+)‐Cornexistin. Christian Steinborn, Raphael Wildermuth, David Barber, Thomas Magauer.