Chemiker um Prof. Dr. Frank Glorius von der Universität Münster haben eine neuartige Methode zur Synthese von Hausan entwickelt, einem kleinen Ringmolekül, das in seiner Struktur an die Zeichnung eines Hauses erinnert. Die bedeutende Innovation ist das Ergebnis umfangreicher Forschung, die die Herausforderungen der bisherigen Synthesemethoden überwindet.
Die neue Synthesemethode basiert auf der Photokatalyse, bei der ein Photokatalysator durch blaues Licht aktiviert wird. Dies ermöglicht einen energieeffizienten Prozess, der die Selbstschließung von Ausgangsstoffen zu einem Ringgerüst unterstützt und dabei Spannung aufbaut. Die bisherigen Methoden zur Herstellung von Hausan erforderten hohe Temperaturen und hatten Schwierigkeiten, mit zusätzlichen funktionellen Gruppen zu arbeiten. Diese vermeidbaren Schwierigkeiten werden durch die neue Technik gar nicht erst verursacht.
Verfahren zur Veränderung von Ringsystemen
Parallel zu diesen Fortschritten wurde ein weiteres innovatives Verfahren entwickelt, das die gezielte Veränderung von Ringsystemen in Molekülen ermöglicht. Diese Methode, ebenfalls unter der Leitung von Glorius, erlaubt es, einen kleineren Molekülring in einen größeren, aromatischen Ring zu integrieren. Der Einsatz von sichtbarem Licht für die Photokatalyse macht die Methode nicht nur effizient, sondern auch umweltfreundlich und atomökonomisch, da sie das gesamte Atomgerüst der Ausgangsstoffe im Endprodukt nutzt.
In einem konkreten Beispiel wurde ein viergliedriger Molekülring, bekannt als Bicyclobutan, erfolgreich in einen größeren, aromatischen Ring, das Thiophen, eingefügt. Dies stellt die Erzeugung eines komplexen bizyklischen Ringsystems dar. Die Reaktion verläuft unter milden Bedingungen und könnte signifikante Auswirkungen auf die Produktionsmethoden von Arzneimitteln haben. Die meisten Arzneimittel basieren auf zyklischen Molekülen, viele davon sind mit mehreren Ringen versehen, was die Entwicklung dieser Methode besonders wertvoll macht.
Computergestützte Analysen und Zukunftsperspektiven
Der Mechanismus dieser Reaktion fand sowohl durch experimentelle als auch durch computergestützte Chemie umfassende Untersuchung. Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen haben deutlich gemacht, dass die Ringerweiterungsmechanismen über photoredox-induzierte Radikal-Ionen-Mechanismen ablaufen. Dies bietet nicht nur Einblicke in die chemischen Prozesse, sondern könnte zukünftige Entwicklungen in der Arzneimittelherstellung maßgeblich beeinflussen. Professor Glorius bezeichnet die Veränderung des Ringsystems als bemerkenswert und sieht das Potenzial für bahnbrechende Fortschritte in der chemischen Synthese.
Die finanzielle Unterstützung für diese vielversprechende Forschung kam von der Hans und Ria Messer Stiftung, der Studienstiftung des deutschen Volkes sowie der Universität Münster. Damit können die Wissenschaftler weiterhin an der Entwicklung effizienter Synthesemethoden arbeiten, die die Arzneimittelproduktion revolutionieren könnten. Die Ergebnisse wurden bereits in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht und eröffnen somit neue Dimensionen in der Materialentwicklung und Arzneimittelherstellung.
Insgesamt zeigt die Forschungsarbeit von Glorius und seinem Team, dass die Chemie durch innovative Ansätze nicht nur komplexer wird, sondern auch den Weg für effizientere und umweltfreundlichere Methoden ebnet. Die Herausforderungen der Vergangenheit werden durch neue Technologien und Erkenntnisse kontinuierlich überwunden.