Ausgehend von einfachen und kommerziell erhältlichen schwefelhaltigen Verbindungen ist es der Arbeitsgruppe um Thomas Magauer bereits 2019 gelungen, eine Vielzahl von sogenannten Thiophenen – fünfgliedrigen Ringverbindungen mit vier Kohlenstoffatomen und einem Schwefelatom – herzustellen. „Im Rahmen weiterer Postmodifikationen entdeckten wir eine effiziente Methode zur Umwandlung der Thiophene in Furane“, erzählt Thomas Magauer. „Dabei wird das Schwefelatom durch Sauerstoff ersetzt.“ In diesem Zusammenhang haben die Wissenschaftler auch versucht, einen analogen Zugang zu Pyrrolen zu finden. Sie konnten diese bisher jedoch, wenn überhaupt, nur in sehr geringen Mengen herstellen.
Maßgeschneiderte Synthese
Pyrrol ist eine Verbindung mit verschiedenen biologischen Aktivitäten und ist aktiver Bestandteil komplexer Naturstoffe wie zum Beispiel Chlorophyll. Es wird darüber hinaus als Zwischenprodukt bei der Synthese von Pharmazeutika, Agrochemikalien und Naturstoffen verwendet. Die maßgeschneiderte Synthese strukturell vielfältiger Pyrrole ist somit Teil des grundlegenden Forschungs- und Entwicklungsprozesses in der synthetischen Chemie. „Insbesondere hoch substituierte Pyrrole dienen als wertvolle Leitstrukturen in der medizinischen Chemie“, sagt Thomas Magauer. „Ein Beispiel ist das cholesterinsenkende Blockbuster-Medikament Atorvastatin , das unter dem Namen Lipitor vermarktet wird.“ Über Jahrzehnte dominierte die klassische Kondensationschemie – Zyklisierung linearer Vorstufen bei hohen Temperaturen unter Abspaltung von Wasser – die Herstellung von Pyrrolen. Erst spät wurden die ersten Methoden entwickelt, in denen Übergangsmetalle die Reaktion katalysieren. Alternative Konzepte blieben weitgehend unerforscht und beschränkten sich bis vor kurzem in erster Linie auf einfache Cycloadditionen.
Experimentelle und theoretische Studien
Die von den Innsbrucker Chemikern neu entwickelte und im Detail untersuchte Transformation schließt nun diese methodische Lücke und liefert eine Vielzahl von Pyrrolen in exzellenten Ausbeuten. „Die Reaktion läuft unter milden Reaktionsbedingungen in einem offenen Reaktionskolben ab, also ohne Schutzgas, und verwendet Chloramin-T-Trihydrat als kostengünstiges und gegenüber funktionellen Gruppen tolerantes Oxidationsmittel“, schildert Thomas Magauer die Vorteile des neuen Verfahrens. Der zugrundeliegende Mechanismus der Transformation wurde in detaillierten experimentellen und theoretischen Studien in Zusammenarbeit mit Maren Podewitz vom Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie untersucht. Hierbei konnten zwei Schlüsselschritte, eine Elektrozyklisierung und eine Ringkontraktion identifiziert werden. Die berechneten Aktivierungsbarrieren stimmen vollständig mit den experimentellen Daten überein und ermöglichten die Isolierung reaktiver Zwischenstufen. Aktuell untersuchen die Wissenschaftler modifizierte Substrate zur Herstellung verwandter Stickstoffheterozyklen.
Die Forschungsarbeit wurde vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF finanziell gefördert und komplementiert die Heterozyklen-Trilogie Thiophene-Furane-Pyrrole der Innsbrucker Chemiker.
Links
- Synthesis of Pyrroles via Consecutive 6 Electrocyclization\/Ring Contraction of Sulfilimines. Franz-Lucas Haut, Niklas J. Feichtinger, Immanuel Plangger, Lukas A. Wein, Mira Muller, Tim-Niclas Streit, Klaus Wurst, Maren Podewitz, Thomas Magauer. Journal of the American Chemical Society 2021
- Neue Bausteine für die Synthese
- Chemische Kuppelei
- Arbeitsgruppe Thomas Magauer
- Arbeitsgruppe Maren Podewitz