Kontrollierter Zuckerabbau durch N-Heterocyclische Carbene
Kohlenhydrate sind eine wichtige Stoffklasse mit einer Vielzahl an biologisch relevanten Funktionen. Sie sind am Energiestoffwechsel beteiligt, bilden Stützstrukturen wie Cellulose oder Chitin, sind Bestandteile der DNA und bestimmen zum Beispiel auch unsere Blutgruppe. Viele dieser Strukturen sind Oligo- oder Polysaccharide, große Moleküle, die sich aus einer Vielzahl verschiedener Zucker in ganz bestimmter Weise zusammensetzen. Die Methoden, mit denen Forscher diese Verknüpfungen im Labor gezielt nachbauen, werden immer ausgefeilter, bis hin zu automatisierter Synthese in sogenannten Syntheserobotern. Vor diesem Hintergrund wundert es, dass selbst einfache Monosaccharide oft nur schwer zugänglich und/oder sehr teuer sind. Ihre chemische Struktur als poly-hydroxylierte Ketone (Ketosen) oder Aldehyde (Aldosen) erfordert oft aufwendige Synthesen für vermeintlich kleine strukturelle Änderungen, was die Verwendung dieser Produkte unattraktiv macht. Effizientere Methoden für die Umwandlung von leicht zugänglichen Zuckern in ihre exotischeren "Cousins" werden dringend benötigt.
In diesem Zusammenhang bergen N-heterocyclische Carbene (NHCs), die sehr spezifische Reaktivitäten mit Aldehyden eingehen, großes Potential. An einfacheren Aldehyden gut untersucht, gibt es kaum Studien für die komplexe Klasse der Kohlenhydrate. Erst kürzlich wurde ein interessanter durch NHCs ausgelöster unkontrollierter Abbau von Aldosen veröffentlich.
In einer kurzen Studie konnte den Autoren dieses Projekts gezeigt werden, dass mit bestimmten strukturellen Modifikationen dieser Abbau auch kontrolliert, und definierte Zucker mit kürzerer Kettenlänge erhalten werden können. Im Rahmen dieses Projekts soll diese prinzipielle Erkenntnis nun zu einer neuen generellen Methode für die Umwandlung von Zuckern weiterentwickelt werden. Mechanistische Untersuchungen werden die Grundlage für eine zielgerichtete Optimierung der Reaktionsbedingung sowie des Katalysatorsystems legen. Das Ziel: Ein praktikables und skalierbares Protokoll mit einem breiten Anwendungsspektrum die umsetzbaren Zucker betreffend. Die Nützlichkeit der neu etablierten Methode soll anhand einer neuen Synthese fluorierter Zucker demonstriert werden, Strukturen, die in Wirkstoffen zur Behandlung von Virusinfektionen und Krebs, zur Anwendung kommen.
In einer zweiten Ausbaustufe sollen chirale NHCs im Hinblick auf Ihr Potential untersucht werden, Zucker auf Basis Ihrer absoluten Stereochemie zu unterscheiden. Die Verwirklichung einer solchen Selektivität würde die direkte Umwandlung von längerkettigen in definierte kürzerkettige Zucker durch diese NHCs erlauben, ganz ohne jedwede vorherige Modifizierung und damit die Verfügbarkeit dieser wertvollen Ausgangstoffe drastisch erhöhen. Abseits der unmittelbar angestrebten Ergebnisse werden die geplanten Untersuchungen weitere durch NHCs katalysierte Reaktionen von Zuckern aufzeigen.
