Eintopfsynthese

Die Herstellung chemischer Verbindungen verläuft häufig über mehrere Reaktionsstufen. In der Regel ist es notwendig, eine solche Synthese präparativ - d. h. in der Praxis - über mehrere Schritte durchzuführen, gegebenenfalls Stoffe und Reaktionspartner bei bestimmten Syntheseschritten zuzugegeben oder auch zu entfernen, indem Zwischenprodukte isoliert und aufbereitet, Gleichgewichte verschoben werden. Die praktische Arbeit gerade von in einer Vielzahl von Schritten durchzuführenden Herstellung einer kompliziert gebauten Substanz kann dabei sehr aufwendig sein.

Der Eintopfsynthese bzw. Eintopfreaktion genannte Syntheseansatz erlaubt die Herstellung gewisser Substanzen in einem praktischen Arbeitsschritt. Dazu werden die Ausgangsstoffe (Edukte) in einem Laborgefäß einschließlich der erforderlichen Lösungsmittel, Katalysatoren, Hilfsstoffe etc. in einem Schritt zusammengegeben und zur Reaktion gebracht, gegebenenfalls unter Ausführung physikalischer Arbeitsoperationen wie das Kochen, Rühren, Schütteln, Belichten ...

Vorbild Natur

In allen tierischen, pflanzlichlichen wie auch im menschlichen Organismen steuern Hunderte verschiedene Biokatalysatoen - die so genannten Enzyme - unzählige Reaktionen - und das effizient unter den vergleichsweise milden Bedingungen und Temperaturen innerhalb der Individuen.  Dieses Potenzial wird schon lange auch in der Chemie angewendet, um die Vorteile enzymatischer Reaktionen zu nutzen. Die Herstellung komplexer Verbindungen, wie z. B. pharmazeutischer Wirkstoffe, erfolgt jedoch über viele aufeinander aufbauende Syntheseschritte. Umweltfreundlicher und ressourcenschonender wäre eine direkte Kombination mehrerer dieser Reaktionen. Allerdings sind die meisten chemischen Reaktionen nicht ohne weiteres mit Enzymreaktionen vereinbar.

Inzwischen ist es Wissenschaftlern jedoch gelungen, solche effizienten und einfachen Eintopfsynthesen zu erzielen, einerseits durch Steuerung der Reaktionsbedingungen wie Temperatur oder Lösungsmittel, andererseits durch Anpassung der Katalysatoren. Mittlerweile können bestimmte Metall- und Organokatalysatoren, aber auch elektrochemische Methoden und sogar lichtinduzierte Reaktionen mit Enzymen effizient kombiniert werden. Zur Realisierung der neuen "Eintopfsynthesen" haben sowohl neue Entwicklungen in der Chemie, die Entdeckung und Anpassung von Enzymen als auch verfahrenstechnische Konzepte beigetragen. Die Isolierung von Zwischenprodukten kann somit entfallen und höhere Ausbeuten und Reinheiten sind möglich bei gleichzeitiger Einsparung von Material, Zeit und Energie.

Quellen und weitere Informationen

[1] - Florian Rudroff, Marko D. Mihovilovic, Harald Gröger, Radka Snajdrova, Hans Iding und Uwe T. Bornscheuer:
Opportunities and challenges for combining chemo- and biocatalysis.
Nature Catalysis, (2018), DOI 10.1038/s41929-017-0010-4.

Kategorie: Reaktionen

Aktualisiert am 17. Januar 2019.

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