Neuer Syntheseansatz für komplexe Naturstoffe

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Neuer Syntheseansatz für komplexe Naturstoffe
Sie stecken als Duftstoff in Kosmetika, als Aroma in Lebensmitteln oder bilden die Basis für neue Medikamente: Terpene sind Naturstoffe, die in Pflanzen, Insekten und Meeresschwämmen vorkommen. Synthetisch lassen sie sich bislang nur schwer erzeugen. Chemiker der Universität Basel stellen nun jedoch einen neuen Syntheseweg vor.

Viele Naturstoffe besitzen interessante Eigenschaften und können etwa die Basis für neue Wirkstoffe in der Medizin bilden. Die Substanzgruppe der Terpene beispielsweise beinhaltet Stoffe, die bereits in Therapien gegen Krebs, Epilepsie und Malaria eingesetzt werden.

Eine wichtige Voraussetzung für die Weiterentwicklung zu Medikamenten ist jedoch, dass es gelingt, diese Terpene vollständig synthetisch herzustellen. So lassen sich die exakten Molekülstrukturen bestimmen und gezielt verändern, um ihre Eigenschaften für den Einsatz als Medikament zu optimieren.

Neuer Ansatz für Totalsynthese

Olivier Baudoin und sein Doktorand Oleksandr Vyhivskyi haben nun einen Ansatz für eine solche Totalsynthese entwickelt und damit zwei Terpene der Untergruppe Diterpene hergestellt: Randainin D und Barekoxid. Davon berichten sie im ’Journal of the American Chemical Society’.

Randainin D stammt aus Pflanzen und hemmt die Produktion eines Enzyms, das bei Krankheiten wie rheumatoider Arthritis, zystischer Fibrose oder chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen eine Rolle spielt. Es gilt daher als möglicher Kandidat für Therapeutika.

Die Chemiker haben es geschafft, Randainin D in 17 Syntheseschritten herzustellen. Dafür setzten sie eine spezielle chemische Reaktion namens Ringschluss-Metathese sowie die sogenannte Fotokatalyse ein, bei der chemische Reaktionen durch Lichtenergie ausgelöst werden.

Konstruktion komplexer Strukturen

So gelang es ihnen, die komplexe Ringstruktur des Moleküls zu erzeugen sowie einen chemischen Baustein aus drei Kohlenstoffatomen einzufügen. Dieser Baustein, eine Allylgruppe, ist eine nützliche Komponente in der Synthese verschiedener organischer Substanzen, da er als Reaktionspartner im Aufbau der gewünschten Struktur dienen kann.

Die gleiche Synthesemethode verwendeten die Forschenden anschliessend, um Barekoxid herzustellen. Zwar wurde Barekoxid bereits 2010 von einer anderen Forschungsgruppe vollständig künstlich hergestellt, jedoch konnten Baudoin und Vyhivskyi mit ihrem Ansatz die Anzahl Syntheseschritte von zehn auf sieben reduzieren und die Totalsynthese damit deutlich vereinfachen.

’Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial von Fotokatalyse für die Totalsynthese von komplexen Terpenen. Sie ebnet damit den Weg für neue Medikamentenentwicklungen’, fasst Olivier Baudoin zusammen.

Originalpublikation

Oleksandr Vyhivskyi, Olivier Baudoin
Total Synthesis of the Diterpenes (+)-Randainin D and (+)- Barekoxide via Photoredox-Catalyzed Deoxygenative Allylation
Journal of the American Chemical Society, doi: 10.1021/jacs.4c02224