Technologische Nutzung von C-H-Bindungen
Die Synthese chemischer Substanzen ist von großer Bedeutung für die Gesellschaft, da so wirksame Substanzen für neue Materialien, Medikamente, Sensoren und Energiequellen produziert werden können. So ist die nachhaltige Produktion solcher Moleküle ein neues und sich ständig weiterentwickelndes Forschungsfeld. Im letzten Jahrzehnt wurde ein neues Konzept für Reaktivität entwickelt, das sich die ubiquitäre C-H-Bindung zunutze macht. Um rentablere und schnellere Methoden zur Herstellung organischer, industriell verwertbarer Substanzen zu entwickeln, kann die Funktion dieser Bindung verändert werden. Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts HINDAMINE (Pd(II)-catalyzed direct Csp3-H functionalization of amines: A new platform for the synthesis of privileged molecules) waren daher neue Methoden zur Funktionalisierung von in der Regel wenig reaktiven C-H-Bindungen. Dies ist von praktischer Relevanz für die Synthese von Substanzen, die sich für viele Anwendungen von der Wirkstoffforschung bis zur Entwicklung neuer Materialien nutzen lassen. HINDAMINE entwickelte eine Vorlage für die Funktionalität von Palladium-katalysierten C-H-Bindungen von Aminen, ohne dass eine DG (dirigierende Gruppe) benötigt wird. Die Forscher suchten dabei nach einem neuen Weg, um nicht reaktive Moleküle als synthetische Zwischenprodukte in die chemische Synthese einzubauen. Zentral für das Design war ein einfaches Keton, das an den Palladiumkatalysator bindet und damit eine Kopplung zwischen Acetatligand und freiem N-H herstellt. Die Forscher von HINDAMINE fanden heraus, dass Aminoalkoholderivate mit Aryl-, geschützten Hydroxyl- und Aminomotiven für die C-H-Carbonylierung geeignet sind. Beobachtet wurde dabei, dass Palladium zwischen einer vier- und fünfgliedrigen Ringreaktion "wählen" muss, und dass diese Reaktion an einem größeren Ringweg entlang stattfindet. Um die breite Anwendbarkeit der Reaktion zu demonstrieren, wollten die Forscher die normalerweise anspruchsvolle Kohlenstoff-Kohlenstoff-Reaktion vereinfachen. Zunächst beurteilte das Team die Reaktion gehinderter Amine mit Trifluorethylacrylat unter Zugabe von Palladiumacetat und Silberacetat. Dabei wurde die Bildung des entsprechenden Pyrrolidins beobachtet, das durch C-H-Alkenylierung entsteht, gefolgt von intramolekularer Aza-Michael-Addition. Den Ergebnissen zufolge ist die C-H-Funktionalisierung von Aminoalkoholen und Ketonen auf breiter Ebene möglich, indem die Eigenschaften aliphatischer Amine verändert werden. Die Forschungsarbeit eröffnet damit Möglichkeiten, die neue Strategie auch auf andere natürlich vorkommende, primär aminhaltige Strukturmotive anzuwenden.
