Katalytische Erzeugung neuer Wirkstoffe und anderer Substanzen
Die Olefinmetathese ist eine organische Reaktion, bei der Fragmente von Alkenen (Olefinen) durch Spaltung und Regeneration von Kohlenstoffdoppelbindungen umgelagert werden. In den letzten Jahrzehnten ist man bei Katalysatoren für diese Reaktion deutlich vorangekommen. Da die Olefinmetathese im Vergleich zu anderen organischen Reaktionen relativ einfach abläuft, entstehen auch weniger unerwünschte Nebenprodukte und gefährliche Reststoffe. Das Projekt COMPUTEDRUG (Ab initio statics and molecular dynamics simulation of olefin metathesis catalysts for pharmacological purposes) entwickelte Computermodelle für Katalysatoren der Olefinmetathese, um eine neue Generation preisgünstigerer und stabilerer Medikamente mit verbesserter Aktivität zu entwickeln. Schwerpunkt war die Funktion von Olefinmetathese-Katalysatoren und deren Aktivierung. Mittels sterischer Analysen lässt sich die für jedes Alkensubstrat erforderliche Architektur der Katalysatoren berechnen. Ein entscheidender Faktor ist offenbar die relative Stabilität des Metallacyclus. Ist dieses Zwischenprodukt energetisch benachteiligt, kann unter normalen Bedingungen keine katalytische Olefinmetathese stattfinden. Auf dieser Basis wurde dann eine neue Generation von Katalysatoren berechnet, die Ruthenium durch das ungiftige und billigere Eisen und den N-heterocyclische Carbenliganden durch einen zweiten Ylidenliganden ersetzt. Durch Aktivierung der Olefinmetathesekatalysatoren ließ sich der Wert jedes Katalysators ermitteln. Allein anhand der relativen Stabilität zwischen so genanntem zentralen Metallacycluszwischenprodukt und dessen vorherigem Koordinationszwischenprodukt kann vorhergesagt werden, ob es zur Olefinmetathese kommt. Eine detaillierte Analyse der Deaktivierungsschritte zeigte an, welche Substitutionen für die Olefinmetathesekatalyse ungeeignet sind, da der Katalysator instabil ist und sich zersetzen wird. Um herauszufinden, inwieweit sie mit herkömmlichen Olefinmetathesen Schritt halten kann, wird die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktionen ermittelt. Häufig werden neue Moleküle mit Computermodellen getestet und ihre Aktivität mit herkömmlichen Katalysatoren verglichen, sodass keine Ressourcen bei Experimenten verschwendet und nicht Hunderte von Katalysatoren hergestellt werden, die letztendlich nicht funktionieren. Eine einfachere Herstellung von Medikamenten, die einen Makrocyclus enthalten, könnte vor allem die Behandlung von Hepatitis voranbringen. Neben pharmakologischen Anwendungen werden die neuen Techniken auch andere Prozesse wie Goldkatalyse, Kohlendioxidfixierung und Hydrierung vereinfachen.
Schlüsselbegriffe
Katalyse, Olefin, Olefinmetathese, COMPUTEDRUG, Metallacyclus, Pharmakologie
