Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gezielte Synthese von Naturstoffen mit Photoreaktionen

17.12.2013
Photoreaktionen werden durch Lichtenergie angetrieben und sind entscheidend für die Synthese vieler Naturstoffe.

Da diese beispielsweise als medizinische Wirkstoffe einsetzbar sind, möchten Chemiker sie mit Photoreaktionen künstlich herstellen. Doch in der Regel hat nur eines der möglichen Produkte die richtige räumliche und damit wirksame Struktur. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben nun für eine der wichtigsten Photoreaktionen eine Methodik entwickelt, mit der sie gezielt nur die gewünschte Molekülvariante herstellen können.


Die voluminöse Lewis-Säure (oben) schirmt das Substrat (unten) auf einer Seite so gut ab, dass in der Photoreaktion nur das gewünschte Produkt entsteht.

Richard Brimioulle / TU München

Unter Naturstoffen verstehen Chemiker Verbindungen, die von Organismen gebildet werden, um eine Vielzahl biologischer Funktionen zu erfüllen. Diese biologische Aktivität macht sie sehr interessant für den industriellen Einsatz, beispielsweise als Wirkstoffe für Medikamente oder als Pflanzenschutzmittel. Da viele Naturstoffe jedoch nur in geringen Mengen aus der Natur gewonnen werden können, arbeiten Chemiker daran, die Substanzen im Labor selbst zu synthetisieren.

Ein wesentliches Kriterium bei der Herstellung von Naturstoffen ist es, die Substanzen in der richtigen räumlichen Konfiguration herstellen zu können. Bei Photoreaktionen entstehen jedoch oft zwei unterschiedliche Varianten des Zielmoleküls, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten und die ganz unterschiedliche Eigenschaften haben können. Da nur eines der beiden Moleküle wirksam ist, möchten die Wissenschaftler die Entstehung der anderen Variante gerne vermeiden.

Ein besonderer Katalysator

Einen besonders eleganten Weg dies zu tun haben nun Thorsten Bach, Professor am Lehrstuhl für Organische Chemie I, und sein Doktorand Richard Brimioulle entdeckt. Ihr Trick: Sie geben eine kleine Menge einer elektronenarmen Verbindung, einer sogenannten Lewis-Säure, als Katalysator zu. Diese hat eine ganz bestimmte räumliche Struktur und bildet mit dem Ausgangsstoff einen Komplex.

Die Besonderheit der Reaktion ist, dass der Komplex aus Lewis-Säure und Ausgangsstoff eine niedrigere Anregungsenergie benötigt als der Ausgangsstoff alleine. „Strahlt man nur Licht dieser Wellenlänge ein, wird bevorzugt das gewünschte Produkt gebildet“, sagt Richard Brimioulle. „Für die unspezifische Reaktion des unkomplexierten Substrats reicht die Energie nicht aus.“ Ein weiterer Vorteil der Synthese: Die Lewis-Säure wird bei der Entstehung des Produkts wieder freigesetzt und kann mit dem nächsten Molekül des Ausgangsstoffs reagieren. Die Reaktion läuft zudem in nur einem einzigen Reaktionsschritt ab – ein wichtiges Kriterium für einen späteren industriellen Einsatz.

Eleganter Weg zu Naturstoffen

Photoreaktionen für den Aufbau von Naturstoffen einzusetzen ist schon länger Ziel der Wissenschaftler um Professor Bach. Mit dieser Reaktionsart können selbst außergewöhnlich komplizierte Molekülgerüste schnell und effizient aus einfachen Ausgangsprodukten erzeugt werden. Ein solches Molekül ist beispielsweise Grandisol, ein Lockstoff des Baumwollkapselkäfers. Er wird bereits als Pflanzenschutzmitteln eingesetzt. Auch eine ganze Reihe anderer Wirkstoffe, die das Wachstum von Krebszellen mindern oder Bakterien abtöten, enthalten solche Strukturen und könnten als Medikamente geeignet sein.

Da auch andere Ausgangsstoffe in Gegenwart von Lewis-Säuren eine verringerte Anregungsenergie aufweisen, vermuten Bach und Brimioulle, dass sich die neue Methode zur Synthese vieler verschiedener Stoffe verwenden lässt. In zukünftigen Arbeiten möchten die Forscher zudem die Katalysatoren auch auf andere Typen von Photoreaktionen anwenden und so dieser Reaktionsart einen festen Platz unter den Synthesemethoden der organischen Chemie verschaffen.

Die Forschungsarbeiten wurden unterstützt mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Fonds der Chemischen Industrie.

Publikation:

R. Brimioulle and T. Bach: Enantioselective Lewis Acid Catalysis of Intramolecular Enone [2+2] Photocycloaddition Reactions, Science 2013, Vol. 342 no. 6160 pp. 840-843 - DOI: 10.1126/science.1244809

Kontakt:

Prof. Dr. Thorsten Bach
Technische Universität München
Lehrstuhl für Organische Chemie I
Lichtenbergstr. 4, 85747 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 13330 –E-Mail: thorsten.bach@ch.tum.de
Weitere Informationen:
http://www.oc1.ch.tum.de/ Website des Lehrstuhls
http://www.sciencemag.org/content/342/6160/840.abstract Originalpublikation

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik