Quantensprung in der Naturstoff-Forschung: Vollautomatisierte Synthese mit PASS-Technologie möglich

Die Prinzipskizze des neuen miniaturisierten Durchflussreaktors.


Ein Verfahren, mit welchem Naturstoffe und ihre Derivate in miniaturisierten Durchflussreaktoren automatisiert hergestellt sowie anschließend direkt auf ihre Wirksamkeit getestet werden können, haben ein Hannoveraner und ein Clausthaler Wissenschaftler zum Patent angemeldet. Eine erste Kooperation mit dem Arzneimittelhersteller Aventis wurde eingeleitet.

Medizinisch wirksame Naturstoffe und ihre Abwandlungen (Derivate) werden heute noch sehr mühselig, quasi von Hand nach der „Erlenmeyer-Methodik“, im Labor synthetisiert. Jetzt haben Professor Dr. Andreas Kirschning vom Institut für Organische Chemie der Universität Hannover und Privatdozent Dr.-Ing. habil. Ulrich Kunz vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik der TU Clausthal ein Verfahren zum Patent angemeldet, mit dem Naturstoffe und ihre Derivate in miniaturisierten Durchflussreaktoren automatisiert hergestellt und anschließend direkt auf ihre Wirksamkeit getestet werden können.

Die Wissenschaftler „kippen“ dafür nur noch „oben“ ihre Ausgangssubstanzen in mehrere Minidurchflussreaktoren, die jeweils für einen spezifischen Syntheseschritt „präpariert“ sind: Durch ein poröses Glasrohr fließen die Substanzen in Lösung an mikrometergroßen Polymerkügelchen vorbei. Letztere sind mit chemisch bzw. katalytisch wirkenden Polymeren überzogen. Diese reagieren mit den Substanzen in Lösung und die Produkte verlassen den Reaktor am anderen Ende, wo sie analysiert werden können. Außerdem können die Produkte über Ventile von dort in den nächsten Minireaktor gepumpt werden, bis über mehrere Stufen so die Synthese eines komplexen Wirkstoffes komplett automatisiert erfolgt ist. In einem Massenspektrometer und einem qualitativen biologischen Wirksamkeitstest erfolgt die Analyse.

Dr.-Ing. habil. Ulrich Kunz steuerte die "ingenieurmäßige Hardware“, den Durchflussreaktor, zum Gelingen des Projektes bei. Und die Arbeitsgruppe um Professor Dr. Andreas Kirschning, bis zum Sommer dieses Jahres im Institut für Organische Chemie der TU Clausthal beheimatet, kennt die chemisch oder katalytisch wirkenden Polymere. Sie sorgen auf den Oberflächen der Harzkügelchen für die Reaktion in der Lösung.

PASS steht für Polymer Assisted Solution-phase Synthesis. Der spätere Nobelpreisträger Merrifield hatte als Erster in den sechziger Jahren polymere Trägermaterialien zur automatisierten Synthese eingesetzt. Bei diesem Verfahren ist das Substrat während eines Mehrstufenprozesses an einem Polymer gebunden, während die Substanzen an dem Harz vorbeiströmen und sukzessive die Verbindung aufbauen. Zum Schluss wird die gewünschte synthetisierte Substanz an einer Sollbruchstelle vom Harz abgetrennt.

Professor Dr. Kirschning und Dr.-Ing. habil. Kunz haben nun dieser Methodik umgekehrt: Die Synthesebausteine „docken“ nicht Schritt für Schritt an der festen Phase auf dem Polymer an, sondern sie umströmen auf ihrem Weg durch das poröse Glasrohr die Polymerkügelchen. Auf ihnen haften die chemischen Reaktionspartner oder Katalysatoren. Nach erfolgter Reaktion tritt die Substanz ihre Reise zum nächsten Syntheseschritt an. Gesteuert wird dieser Prozess mit Pumpen und über Ventile, die alle aus der chromatographischen HPLC-Technik bekannt sind. D. h. der neuartige Mikroreaktor ist vorteilhaft in eine etablierte, periphere Technik eingepasst.

Diese neuartige Synthesetechnologie erleichtert die Arbeit des Chemikers erheblich, weil jegliche arbeitsintensive und schwer zu automatisierende Reinigung entfällt. Die chemischen Reaktionspartner, die am Polymer gebunden sind können im Überschuss eingesetzt werden. So wird ein hoher Umsatz erzielt. Die Produkte können deshalb wesentlich leichter anschließend isoliert und das Reagenz oder der Katalysator nach erfolgter Regeneration problemlos wiederverwendet werden.

Eine erste Kooperation zur Erprobung der PASS-Technologie mit dem Arzneimittelhersteller Aventis wurde eingeleitet.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Andreas Kirschning
Institut für Organische Chemie
Universität Hannover
Schneiderberg 1B
D-30167 Hannover
Tel.: (+49) 511 762 4613/14
Fax.: (+49) 511 762 3011
E-Mail: Andreas.Kirschning@oci.uni-hannover.de

Institut für Chemische Verfahrenstechnik
Dr.-Ing. habil. Ulrich Kunz
Leibnizstraße 17
D-38678 Clausthal-Zellerfeld
Telefon: ++49 (0)5323 72 2181
Telefax : ++49 (0)5323 72 2182
E-Mail : kunz@icvt.tu-clausthal.de

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Jochen Brinkmann idw

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