Mitte letzter Woche wurde der Chemie-Nobelpreis verliehen. Für die Palladium katalysierte Kreuzkupplung. Wie in meinem letzten Beitrag bereits angedeutet, eröffnet diese Synthesewege, die nicht nur dem Chemiker das Leben erleichtern.
Diese Reaktionen führen zu Kohlenstoff-Kohlenstoff Knüpfungen, also zum Aufbau des Gerüstes von organischen Substanzen. Ein Einblick.
Ziel der Heck Reaktion ist die Arylierung oder Vinylierung von Olefinen. Auf deutsch: Durch die Heck Reaktion werden organische Substanzen mit Doppelbindung (Olefine) mit Aromaten (besonders stabile Substanzklasse, dessen berühmtester Repräsentant Benzol ist) oder Vinylen (Substanzen mit Ethenrest) umgesetzt.
Der Aromat geht zunächst einen sogenannten pi-Komplex mit dem Palladium ein. Das heißt über eine Art Bindung ist nun der erste der beiden Reaktanden ans Palladium gebunden. Über oxidative Addition gelangt nun das Palladium zwischen Aromaten und den Rest X, der meist ein Halogen ist. Warum “oxidative Addition”? Der Aromat addiert sich an das Palladium – das Produkt kann man also als Summe ansehen, oxidativ heißt es, weil Palladium von der Oxidationsstufe 0 zur Oxidationsstufe 2+ oxidiert wird. Nun kommt der zweite Reaktand ins Spiel, das Olefin. Es drängt sich zwischen den Aromaten und Palladium. Zu guter Letzt wird das Produkt, das Styren über die so genannten reduktive Eliminierung abgegeben. Hier reduktiv, weil das Palladium von 2+ zu 0 zurück reduziert wird. Und Eliminierung, weil Palladium das Produkt los wird. Bevor es nun für einen weiteren Cyclus bereit ist, muss es durch eine Base, hier Triethylamin vom überflüssigen Wasserstoff befreit werden.
L steht für Liganden, welche die Reaktionen noch genauer kontrollieren. Ohne besondere Liganden verläuft die Reaktion folgendermaßen:
Ein Nucleophil “Nu”, das sind Substanzen, die die Zwischenstufe hier gerne angreifen, kann entweder von links oder von rechts angreifen und dort eine Bindung knüpfen. Besonders große Liganden sorgen dafür, dass eine der beiden Seiten für den Angriff favorisiert wird, und nur eines der beiden Produkte entsteht.
Was ist nun an der Heck-Synthese so toll? Besonders in der Medikamentensynthese sind die Zielmoleküle, also das was man herstellen möchte, oft sehr groß. Einige gleichen Vorbildern aus Pflanzenstoffen, kommen aber in der Natur in zu geringen Mengen vor, als dass eine großindustrielle Gewinnung möglich wäre. Stellen wir sie also chemisch her. Und dabei gilt: Je kleiner ein Molekül ist, desto leichter ist es zu gewinnen. Die besonders einfache Heck-Synthese erlaubt dann die kleinen Moleküle zusammen zu setzen und das große zu gewinnen. Im gezeigten Beispiel ist Styren das Produkt. Styren ist Ausgangsstoff der meisten Kunststoffe. ein weiterer Pluspunkt der Heck-Reaktion ist ihre relative Umweltfreundlichkeit.
Die Negishi- sowie die Suzuki-Kupplung, die nach einem ähnlichen Prinzip funktionieren, stellen eine Ergänzung zur Heck-Reaktion dar.
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