Die Gruppe um Maulide forscht seit längerem im Bereich der „Grünen Chemie“. Dabei wird versucht, chemische Verfahren mit neuen Herangehensweisen so ablaufen zu lassen, dass sie möglichst nachhaltig, günstig und mit wenigen involvierten toxischen Stoffen auskommen.
Aufwendige Produktion
Die Produktion von Cyclopropanen im Labor sei in der Regel aufwendig. Dazu kommt, dass dabei mehrere Abfallprodukte entstehen, wenn Verbindungen - sogenannte „funktionelle Gruppen“ - an zwei Kohlenstoffatomen des Ausgangsmoleküls angebracht werden. „Die Natur verfolgt allerdings einen weitaus effizienteren Ansatz“, so der Erstautor der Studie, Phillip Grant.
Wie die Natur das tut, war bisher offen. Trotzdem gebe es erstaunlich wenige wissenschaftliche Arbeiten, die sich mit dieser Frage auseinandersetzten, erklärte Maulide im Gespräch mit der APA: „Man wusste nur: Die Natur macht es anders.“ Um zwei Kohlenstoffatome des Dreier-Ringes zu verbinden, und den Kreis zu schließen, braucht es in natürlichen Abläufen nämlich nur eine funktionelle Gruppe.
Von der Natur lernen
Das habe nicht nur einen gewissen „Charme“ und sei intellektuell sehr interessant. Es habe auch handfeste wirtschaftliche Vorteile, denn Abfall bedeute technischen und finanziellen Aufwand, bei der Herstellung der vor allem in der pharmazeutischen Industrie begehrten „kleinen Ringe“. Sie sind besonders reaktionsfreudig und vor allem dort vielversprechende Wirkstoff-Begleiter, wo Substanzen sehr gezielt an ihren Einsatzort gebracht werden müssen, erklärte Maulide.
Mit Hilfe neuartiger Methoden der Quantenchemie konnten die Wiener Forscher den natürlichen Ablauf nun in Zeitlupe beobachten. Damit wird es möglich, die unglaublich schnell ablaufenden Stufen von chemischen Reaktionen, die dabei übertragenen Energien und die äußerst flüchtigen Zwischenstufen von A nach B zu ermitteln, „was aufgrund der sehr kurzen Lebensdauer solcher Produkte experimentell nicht möglich wäre“, so Maulide.
So konnten die Wissenschafter:innen zeigen, dass es ein bestimmtes Zwischenprodukt braucht, um die Natur-Methode zu kopieren. Als Schlüsselelement entpuppte sich das in einem Zwischenschritt auftauchende „protonierte Cyclopropan“. Diese Erkenntnis kann nun den Weg ebnen, „Cyclopropan auf natürlichem Weg zu produzieren“.
„Herr der Ringe“
Der nächste Schritt sei, die Erkenntnis so nutzen, dass die Herstellungsverfahren für die vielfältig einsetzbaren Ringstrukturen deutlich verbessert werden können. Schaffe man dies, werde man sozusagen zum „Herr der Ringe“, sagte Maulide. Das mittelfristige Ziel ist, auf Basis der grundlegenden neuen Erkenntnisse viele weitere wirtschaftlich und ökologisch verbesserte industrielle Synthese-Prozesse neu aufzusetzen.
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Link zum Artikel im „Journal of the American Chemical Society“
