Von der Natur lernen
Chemiker*innen bringen zur Herstellung von Cyclopropanen üblicherweise zwei funktionelle Gruppen (Abgangsgruppe und stabilisierende Gruppe) an zwei Kohlenstoffatomen des Ausgangsmoleküls an, was in Folge zur Entstehung von Abfallprodukten führt. "Die Natur", so Studien-Erstautor Philipp Grant, "verfolgt allerdings einen weitaus effizienteren Ansatz, bei dem nur ein Kohlenstoffatom funktionalisiert werden muss und so weniger Abfallprodukte anfallen." Um die "Methode der Natur" erfolgreich nachzuahmen, tüftelte das Team um Nuno Maulide an einem neuen Verfahren, das organische Synthese, Biochemie und Berechnungsstudien integrierte – und schaffte damit einen entscheidenden Durchbruch.Zwischenprodukt als Schlüssel zur erfolgreichen Synthese
Leistungsstarke Werkzeuge der computergestützten Chemie erlaubten es, Reaktionsmechanismus, Quantenzustände und die einzelnen Schritte neuer chemischer Reaktionen vollständig zu verstehen. "Erst die moderne Quantenchemie ermöglicht es uns, Strukturen und Energien von Reaktionszwischenstufen und Übergangszuständen zu beschreiben, was aufgrund der sehr kurzen Lebensdauer solcher Produkte experimentell nicht möglich wäre", erklärt Nuno Maulide. Die Berechnungen ergaben, dass die Bildung eines Zwischenprodukts, welches ein sogenanntes "protoniertes Cyclopropan" enthält, der Schlüssel für das Zustandekommen der Cyclopropanierungsreaktion ist – eine Tatsache, die vor Einsatz der Computersimulation nahezu unvorstellbar schien.Synthese durch Synergien
Möglich wurde die erfolgreiche Herstellung von Cyclopropanen nach dem Vorbild der Natur mit vereinten Kräften: Chemiker aus drei verschiedenen Instituten der Universität Wien (Institute für Organische, Theoretische und Biologische Chemie), darunter Studierende der neuen Doktoratsschule für Chemie (DoSChem) arbeiteten hierfür Seite an Seite. Diese Arbeit dient als Ausgangspunkt für viele weitere Möglichkeiten der Synthese und ist ein Beispiel dafür, wie multidisziplinäre Ansätze helfen können, chemische Reaktionen zu verstehen und im Sinne der Nachhaltigkeit zu verbessern.Den Artikel finden Sie unter:
https://medienportal.univie.ac.at/media/aktuelle-pressemeldungen/detailansicht/artikel/von-der-natur-inspiriert-synthese-eines-wichtigen-molekuelrings-im-labor-gelungen/?mtm_kwd=pa
Quelle: Universität Wien (03/2023)
Publikation:
Biomimetic Cationic Cyclopropanation Enables an Efficient Chemoenzymatic Synthesis of 6,8-Cycloeudesmanes. Phillip S. Grant, Ricardo Meyrelles, Oliver Gajsek, Gerhard Niederacher, Boris Maryasin, and Nuno Maulide. Journal of the American Chemical Society, 2023.
DOI: 10.1021/jacs.2c13116