Maßgeschneiderte Moleküle von der Stange – der Weg zu preiswerter Materie

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Grundlagen:
Multi-Funktionen-Komponenten-Reaktionen (MFCRs)

 

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Die Erweiterung von Multikomponenten Reaktionen MCRs um weitere orthogonale funktionelle Gruppen in den Komponenten expandiert den Reaktionsraum um eine oder mehrere Dimensionen [53,58].

Orthogonale Eintopfreaktionen obigen Schemas von 4 Komponenten mit 5 funktionellen Gruppen, in denen 2 orthogonale Funktionen (stark nukleophiles –NC und stark elektrophiles –NCO) in derselben Komponente ihre Reaktionspartner aus der Reaktionslösung selektieren, mit ihnen in einer Additionsreaktion und parallel dazu in einer Passerinireaktion P-5F3CR als MFCR reagieren und so in einem Ziel-Molekül die 2 neuen Teilstrukturen Carbamat und Acyl α-oxycarbonsäureamid erzeugen [51,53,54,58,63].

Die Isocyanato-Isocyanide (I-Is) sind eine neuartige Stoffgruppe mit 2 orthogonalen Funktionen für vielseitige Anwendungen, insbesondere als Dimensions-erweiternde Komponente in der MFCR Chemie. Sie sind aus Diamino-Verbindungen über ihre Monoformamide und Dehydratisierung sowie Carbonylierung mittels Phosgen in 2 Synthesestufen darstellbar, thermisch jedoch bei Raumtemperatur unzureichend stabil. Bei -20 °C können sie ohne merklichen Verlust der aktiven Funktionen Isocyanat und Isocyanid für einige Wochen aufbewahrt werden.

 

 Fähigkeiten:
Große Anzahl von Produkten

Anzahl der Produkte (P)  aus verschiedenen Multi-(Funktionen)Komponenten Reaktionen (MCR/MFCR) abhängig von der Anzahl der Startmaterialien-Sätze  (STM-S)

STM-S

MCR/MFCR 2           4 10 30 100
P-3CR[a] 8 64 1.000 27.000 1.000.000
U-4CR[b] 16 256 10.000 810.000 100.000.000
P-5F4CR[c] 32 1.024 100.000 24.300.000 10.000.000.000
…2CR [d] 4 16 100 900 10.000

[a] Passerini-3komponentenreation

[b] Ugi-4komponentenreaktion
[c] Passerini 5funktionen4komponentenreaktion
[d] Zum Vergleich: »klassische« A + B Reaktion

Möglichkeiten:
Stark verkürzte Synthesen – wenige Synthesestufen

Bezüglich MCRs leisten MFCRs in der Synthese eine zusätzliche starke Reduzierung der Reaktionsstufen auf einige wenige und sparen somit enorm viel Zeit und Produktionskosten. Darüber hinaus sind MFCRs nützliche Werkzeuge in diversitäts-orientierten Synthesen (DOS) und in der kombinatorischen Chemie.

Die Literaturecherche mit Scifinder über die Generierung großer Teilstrukturen (in rot) mittels paralleler Additions-/Passerini-Reaktionen in den Lysin-basierten MFCRs P-5F3CR liefert Synthesen einer patentierten Verbindung (Patent DE3407473, 1985, links) und eines großen Teils des Naturstoffes Lys-Valinomycin (rechts).


Prognose:

Aufgrund der enormen Produkt-Vielfalt der MCRs im Allgemeinen und des diese potenzierenden Effekts durch die zusätzlichen funktionellen Gruppen in den MFCRs lässt sich abschätzen, dass mit etlichen Dutzend MFCRs in Kombination miteinander die meisten hoch komplexen organischen Verbindungen in wenigen Synthese-Stufen preiswert hergestellt werden können.