Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen: Häufigste chemische Bindung der Natur geknackt

Damit wurde die Tür zur Synthese einer großen Bandbreite neuartiger organischer Moleküle geöffnet.

„Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen sind normalerweise Teil des Gerüstes, des inerten Teils eines Moleküls“, sagte John Hartwig, der Henry Rapoport Lehrstuhl für Organische Chemie an der UC Berkeley. „Es war eine Herausforderung und ein heiliger Gral der Synthese, Reaktionen an diesen Positionen durchführen zu können, denn bis jetzt gab es kein Reagenz und keinen Katalysator, mit dem man etwas an der stärksten dieser Bindungen hinzufügen konnte.

Hartwig und andere Forscher hatten zuvor gezeigt, wie man neue chemische Gruppen an C-H-Bindungen hinzufügt, die leichter zu brechen sind, aber sie konnten sie nur an den stärksten Positionen einfacher Kohlenwasserstoffketten hinzufügen.

Neu entwickelter Katalysator

In der Ausgabe der Zeitschrift Science vom 15. Mai beschrieben Hartwig und seine Kollegen von der UC Berkeley, wie man einen neu entwickelten Katalysator verwendet, um der härtesten der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen, die es zu knacken gilt, funktionelle chemische Gruppen hinzuzufügen: die Bindungen, typischerweise am Kopf oder am Schwanz eines Moleküls, wo ein Kohlenstoff drei gebundene Wasserstoffatome hat, die so genannte Methylgruppe (CH3).

„Die primären C-H-Bindungen, die an einer Methylgruppe am Ende einer Kette, sind am wenigsten elektronenreich und am stärksten“, sagte er. „Sie neigen dazu, die am wenigsten reaktiven der C-H-Bindungen zu sein.

Raphael Oeschger, Postdoktorand an der UC Berkeley, entdeckte eine neue Version eines Katalysators auf der Basis des Metalls Iridium, der eine der drei C-H-Bindungen an einer terminalen Methylgruppe öffnet und eine Borverbindung einfügt, die leicht durch komplexere chemische Gruppen ersetzt werden kann. Der neue Katalysator war mehr als 50-mal effizienter als bisherige Katalysatoren und ebenso einfach in der Handhabung.

„Wir haben jetzt die Fähigkeit, diese Art von Reaktionen durchzuführen, was es den Menschen ermöglichen sollte, schnell Moleküle herzustellen, die sie vorher nicht gemacht hätten“, sagte Hartwig. „Ich würde nicht sagen, dass dies Moleküle sind, die vorher nicht hätten hergestellt werden können, aber die Leute würden sie nicht herstellen, weil es zu lange, zu viel Zeit und Forschungsaufwand erfordern würde, sie herzustellen.

Die Auszahlung könnte enorm sein. Jedes Jahr werden fast eine Milliarde Pfund Kohlenwasserstoffe von der Industrie zur Herstellung von Lösungsmitteln, Kältemitteln, Flammschutzmitteln und anderen Chemikalien verwendet und sind der typische Ausgangspunkt für die Synthese von Medikamenten.

Weitere Informationen auf www.chemie.de und im Rahmen der Originalveröffentlichung der Studie.