Es braucht zwei: Kooperierende Katalysatoren bieten einen neuen Weg zur Nutzung von Formiatsalzen
"Effiziente Synthesemethoden wie diese sind wichtig, um auf eine nachhaltige Gesellschaft hinzuarbeiten"
Zwei Katalysatoren, die im Tandem arbeiten, ermöglichen es kostengünstigen Formiatsalzen, schwierige dearomative Reaktionen durchzuführen, wobei Produkte entstehen, die für die Arzneimittelentwicklung nützlich sein könnten.
Darstellung der Bestrahlung mit blauem Licht und zwei "Katalysatorzahnrädern", die zusammenwirken, um eine Reaktion zu ermöglichen.
Tsuyoshi Mita
Forscher am Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) haben eine Methode entwickelt, bei der kooperierende Katalysatoren zur Durchführung anspruchsvoller dearomativer Carboxylierungsreaktionen eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren werden hochreaktive Kohlendioxid (CO2)-Radikalanionen aus preiswerten Formiatsalzen abgeleitet und zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten verwendet, darunter α-Aminosäuren, die für die Entwicklung von Arzneimitteln von Nutzen sein könnten.
Aromatische Systeme sind stabil, so dass für die Durchführung einer dearomativen Reaktion, bei der das aromatische System gestört wird, eine hochreaktive Verbindung erforderlich ist. In dieser Studie wird eine Formiatsalzverbindung als Quelle für hochreaktive CO2-Radikalanionen verwendet. Die Forscher haben die Reaktion so konzipiert, dass zwei getrennte Katalysatoren, ein Photoredox-Katalysator und ein Katalysator für die Übertragung von Wasserstoffatomen, miteinander kooperieren. Durch diese Zusammenarbeit und die Bestrahlung mit blauem Licht werden hochreaktive CO2-Radikalanionen erzeugt, die sich an ein aromatisches System anlagern können, wobei das aromatische System gestört wird.
Die Inspiration für diese Studie lieferten frühere Forschungsarbeiten dieser Gruppe, bei denen eine ähnliche Reaktion durch Elektrizität angetrieben wurde.
"Auf der Grundlage von Berechnungen einer früheren elektrochemischen Reaktion, die wir untersucht haben, vermuteten wir, dass ein Reaktionsmechanismus mit CO2-Radikalanionen vielversprechend sein würde", so Erstautor Saeesh Mangaonkar. "Dieses Mal haben wir einen photochemischen Ansatz entwickelt, der umweltfreundlich und für handelsübliche aromatische Verbindungen geeignet ist.
Zusätzlich zu den standardmäßigen aromatischen Ringen mit nur einem Kohlenstoffatom konnte gezeigt werden, dass dieses dearomative Carboxylierungsreaktionsgerüst für eine Vielzahl von heteroaromatischen Ringen geeignet ist, bei denen ein Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatom anstelle eines Kohlenstoffatoms im Ring vorhanden ist. Die resultierenden Carbonsäurederivate haben Nicht-Kohlenstoffatome, die dem sauren Teil des Moleküls benachbart sind, und dies ist ein wichtiges Strukturmerkmal. Mit zusätzlichen Schritten können diese Arten von Verbindungen in biologisch aktive Strukturen umgewandelt werden, was das in dieser Studie entwickelte Verfahren zu einer äußerst nützlichen Transformation macht.
Während die bisherige Methode dem Substrat zwei CO2-Moleküle hinzufügt, wird bei der neuen Methode nur ein einziges CO2-Molekül hinzugefügt, das aus Formiatsalzen stammt. Mit diesen beiden komplementären Methoden können Chemiker nun kontrollieren, ob sie ein oder zwei CO2-Moleküle hinzufügen, was eine größere Freiheit bei der Entwicklung und Synthese von Molekülen mit Carboxylgruppen ermöglicht.
"Wir hoffen, dass sich dieses Verfahren in der pharmazeutischen Entwicklung als nützlich erweisen wird", fügt Tsuyoshi Mita hinzu. "Effiziente Synthesemethoden wie diese sind wichtig, um auf eine nachhaltige Gesellschaft hinzuarbeiten".
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