Eine Zusammenarbeit in der Chemie f\u00fchrte zu einem kreativen Weg, Kohlendioxid f\u00fcr einen guten – und sogar gesunden – Zweck zu nutzen: indem es mittels Elektrosynthese in eine Reihe organischer Molek\u00fcle eingebaut wird, die f\u00fcr die pharmazeutische Entwicklung von entscheidender Bedeutung sind.<\/p>\n\n\n\n
Dabei machte das Team eine innovative Entdeckung. Indem sie den Typ des elektrochemischen Reaktors \u00e4nderten, konnten sie zwei v\u00f6llig unterschiedliche Produkte herstellen, die beide in der medizinischen Chemie n\u00fctzlich sind.<\/p>\n\n\n\n
Der Artikel des Teams, “Electrochemical Reactor Dictates Site Selectivity in N-Heteroaren Carboxylations”, wurde am 5. Januar in Nature<\/em> ver\u00f6ffentlicht. Die Co-Autoren der Arbeit sind die Postdocs Peng Yu und Wen Zhang sowie Guo-Quan Sun von der Universit\u00e4t Sichuan in China.<\/p>\n\n\n\n Das Cornell-Team unter der Leitung von Song Lin, Professor f\u00fcr Chemie und chemische Biologie am College of Arts and Sciences, hat bereits fr\u00fcher den Prozess der Elektrochemie genutzt, um einfache Kohlenstoffmolek\u00fcle zu komplexen Verbindungen zusammenzuf\u00fcgen, ohne dass Edelmetalle oder andere Katalysatoren zur F\u00f6rderung der chemischen Reaktion ben\u00f6tigt werden.<\/p>\n\n\n\n F\u00fcr das neue Projekt nahmen sie ein spezifischeres Ziel ins Visier: Pyridin, den zweith\u00e4ufigsten Heterozyklus in von der FDA zugelassenen Medikamenten. Heterozyklen sind organische Verbindungen, bei denen die Atome der Molek\u00fcle zu Ringstrukturen verbunden sind, von denen mindestens eines nicht aus Kohlenstoff besteht. Diese Struktureinheiten gelten als “Pharmakophore”, da sie h\u00e4ufig in medizinisch wirksamen Verbindungen vorkommen. Auch in Agrochemikalien sind sie h\u00e4ufig zu finden.<\/p>\n\n\n\n Das Ziel der Forscher war es, carboxylierte Pyridine herzustellen, d. h. Pyridine mit angeh\u00e4ngtem Kohlendioxid. Der Vorteil der Einf\u00fcgung von Kohlendioxid in einen Pyridinring besteht darin, dass es die Funktionalit\u00e4t eines Molek\u00fcls ver\u00e4ndern und m\u00f6glicherweise dazu beitragen kann, dass es an bestimmte Ziele, wie z. B. Proteine, bindet. Allerdings sind die beiden Molek\u00fcle keine nat\u00fcrlichen Partner. Pyridin ist ein reaktives Molek\u00fcl, w\u00e4hrend Kohlendioxid im Allgemeinen inert ist.<\/p>\n\n\n\n “Es gibt nur sehr wenige M\u00f6glichkeiten, Kohlendioxid direkt in ein Pyridin einzubringen”, sagt Lin, der gemeinsam mit Da-Gang Yu von der Universit\u00e4t Sichuan die Studie verfasst hat. “Die derzeitigen Methoden haben sehr starke Einschr\u00e4nkungen”.<\/p>\n\n\n\n Das Labor von Lin kombinierte sein Fachwissen in der Elektrochemie mit der Spezialisierung von Yus Gruppe auf die Verwendung von Kohlendioxid in der organischen Synthese, und es gelang ihnen, carboxylierte Pyridine herzustellen.<\/p>\n\n\n\n “Mit Hilfe der Elektrochemie kann man ein Potenzial einstellen, das ausreicht, um selbst einige der tr\u00e4gsten Molek\u00fcle zu aktivieren”, so Lin. “Auf diese Weise konnten wir diese Reaktion erreichen.<\/p>\n\n\n\n Die zuf\u00e4llige Entdeckung des Teams ergab sich w\u00e4hrend der Durchf\u00fchrung der Elektrosynthese. Chemiker f\u00fchren eine elektrochemische Reaktion in der Regel auf eine von zwei Arten durch: in einer ungeteilten elektrochemischen Zelle (in der sich die Anode und die Kathode, die den elektrischen Strom liefern, in derselben L\u00f6sung befinden) oder in einer geteilten elektrochemischen Zelle (bei der die Anode und die Kathode durch einen por\u00f6sen Teiler getrennt sind, der gro\u00dfe organische Molek\u00fcle blockiert, aber Ionen durchl\u00e4sst). Der eine Ansatz mag effizienter sein als der andere, aber beide erzeugen das gleiche Produkt.<\/p>\n\n\n\n Die Gruppe von Lin fand heraus, dass sie durch den Wechsel von einer geteilten zu einer ungeteilten Zelle das Kohlendioxidmolek\u00fcl selektiv an verschiedenen Positionen des Pyridinrings anlagern konnte, wodurch zwei verschiedene Produkte entstanden: C4-Carboxylierung in der ungeteilten Zelle und C5-Carboxylierung in der geteilten Zelle.<\/p>\n\n\n\n “Dies ist das erste Mal, dass wir entdeckt haben, dass man durch einen einfachen Wechsel der Zelle, die wir als elektrochemischen Reaktor bezeichnen, das Produkt komplett ver\u00e4ndern kann”, so Lin. “Ich denke, das mechanistische Verst\u00e4ndnis, warum das passiert ist, wird es uns erm\u00f6glichen, die gleiche Strategie auch auf andere Molek\u00fcle anzuwenden, nicht nur auf Pyridine, und vielleicht auch andere Molek\u00fcle auf diese selektive, aber kontrollierte Weise herzustellen. Ich denke, das ist ein allgemeines Prinzip, das sich auch auf andere Systeme \u00fcbertragen l\u00e4sst.”<\/p>\n\n\n\n Die im Rahmen des Projekts entwickelte Form der Kohlendioxidnutzung wird die globale Herausforderung des Klimawandels zwar nicht l\u00f6sen, aber sie ist ein kleiner Schritt in Richtung einer sinnvollen Nutzung von \u00fcbersch\u00fcssigem Kohlendioxid”, so Lin.<\/p>\n\n\n\nOrigialver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n