Wie man Oxidation zähmt

Oxidation ist eine der wichtigsten Reaktionen in der Chemie, jedoch ist sie auch eine der am schwersten kontrollierbaren. Nuno Maulide und seine Arbeitsgruppe an der Fakultät für Chemie der Universität Wien haben nun eine Reihe neuartiger Oxidationsreaktionen entwickelt. Die Methoden bestechen sowohl durch ihre Einfachheit als auch durch die Tatsache, dass sie selektiv zum gewünschten Produkt führen. Damit wird die Herstellung von synthetisch nützlichen, beziehungsweise bioaktiven Molekülen vereinfacht. Die Ergebnisse erscheinen aktuell im renommierten "Journal of the American Chemical Society".

Oxidationen spielen in jedem Bereich des täglichen Lebens eine außerordentliche Rolle, angefangen bei der Kraftstoffverbrennung in herkömmlichen Motoren, über Rostbildung auf Eisen, bis hin zur Verwertung von Glukose und anderen Nährstoffen im Körper. Während die erstgenannten Prozesse recht gewaltsame und unselektive Oxidationsreaktionen darstellen, laufen im Körper weit raffiniertere Oxidationen ab. "Man spricht sogar von der 'Kunst' der selektiven Oxidation, die der Natur die Produktion unzähliger Moleküle mit biologischer Aktivität ermöglicht“ sagt Nuno Maulide, Professor für Organische Synthese an der Universität Wien.

Auch viele künstliche bioaktive Stoffe und Pharmazeutika beruhen auf Produkten, die sich durch selektive Oxidationen einfacher Substrate herstellen lassen. Unter diesen Verbindungen nehmen α-Ketoamide – auch aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit zu Peptiden – eine besondere Stellung ein.

Amide sind unreaktive Gruppen – und das ist gut so
Amide, im Körper zu hundertausenden in Peptiden und Proteinen anzutreffen, gelten als eine der am wenigsten reaktiven Gruppen in der organischen Chemie. Während diese Eigenschaft den ChemikerInnen das Leben schwer macht, ist sie jedoch von unverzichtbarem Nutzen für den menschlichen Körper, weil dadurch die Bausteine des Lebens stabil genug bleiben, um äußeren Einflüssen standzuhalten. "Wären Amide auch nur ein kleines bisschen weniger träge – wer weiß, ob wir nicht im Regen schmelzen würden", erklärt Maulide: "Aber: Aller Trägheit zum Trotz eröffnet uns ihre Chemie andere elegante Möglichkeiten", ergänzt er.

"Während sich Amide in mancher Hinsicht kaum chemisch modifizeren lassen, reagieren sie bevorzugt mit speziellen Elektrophilen, also Reagenzien, die Elektronen anziehen", sagt Aurélien de la Torre, Erstauthor der Studie. "Diese Aktivierung passiert höchst selektiv, sodass wir danach auch selektiv oxidieren können", erläutert Daniel Kaiser, Co-Autor der Arbeit, weiter. Einen Vorgeschmack dessen, was diese selektiven Oxidationen ermöglichen, haben die WissenschafterInnen schon bekommen: Sie konnten einen potenten Histon-Deacetylasehemmer (HDAC-Hemmer) in einer bedeutend verkürzten Synthese herstellen.

Publikation in "Journal of the American Chemical Society"
"Flexible and Chemoselective Oxidation of Amides to α-Keto Amides and α-Hydroxy Amides"
Aurélien de la Torre, Daniel Kaiser and Nuno Maulide,
in: Journal of the American Chemical Society, 2017.
DOI: doi/10.1021/jacs.7b02983
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b02983