Entwicklung einer nachhaltigen Methode zur Knüpfung von Peptidbindungen
Im Rahmen dieser Dissertation wurden nachhaltige, homogen-katalytische Prozesse zur Einbindung nachwachsender Rohstoffe in die chemische Wertschöpfungskette und zur abfallminimierten Synthese von Amiden und Peptiden entwickelt.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die isomerisierende Metathese als Methode zur Valorisierung nachwachsender Rohstoffe etabliert. Mit einem bimetallischen Katalysatorsystem, bestehend aus dem Isomerisierungskatalysator [Pd(µ-Br)(tBu3P)]2 und NHC-basierten Ruthenium-Metathesekatalysatoren, werden Doppelbindungen ungesättigter Verbindungen kontinuierlich entlang der Kohlenwasserstoffkette verschoben und können gleichzeitig, ungeachtet ihrer Position, eine Metathese durchlaufen. Dies erlaubt die Umwandlung von zwei unterschiedlichen Olefinen in ein Gemisch mit homogener Produktverteilung und einstellbarer mittlerer Kettenlänge. Das synthetische Potential dieser Transformation wurde anhand der Darstellung von Dieselersatzkraftstoffen demonstriert, die vollständig auf erneuerbaren Ressourcen (Biodiesel und Ethen) basieren. Aufgrund ihres Siedeverhaltens, das sich ähnlich dem des petrochemischen Diesels verhält, können diese Kraftstoffe in modernen Motoren in unverdünnter Form eingesetzt werden. Der neu entwickelte Tandemprozess ermöglicht weiterhin die gezielte Kürzung olefinischer Seitenketten in Gegenwart von Ethen. Die isomerisierende Ethenolyse der natürlich vorkommenden Allylbenzole Eugenol, Allylanisol, Safrol und Methyleugenol wurde zur Synthese wertvoller Styrole mit komplexen Substitutionsmustern eingesetzt. Gleichzeitig wird hierbei Ethen in das höherwertige Propen umgewandelt. In einem nachfolgenden Projekt bildete die isomerisierende Ethenolyse die Schlüsseltechnologie zur Valorisierung von Cashew-Nussschalenöl. Ausgehend von dem bisher ungenutzten Abfallstoff wurde die Synthese der Tsetsefliegen-Lockstoffe 3-Ethyl- und 3-Propylphenol sowie des Polymervorläufers 3,3’-Hydroxystilben demonstriert.
Der zweite Teil dieser Doktorarbeit umfasste die rationale Entwicklung einer nachhaltigen, abfallminimierten und umweltfreundlichen Methode zur Synthese von Amiden aus Carbonsäuren und Aminen. Dazu wurde ein hocheffektives, luft- und wasserstabiles Ru(IV)-Katalysatorsystem identifiziert, das die Addition von Carbonsäuren an Alkine unter Bildung von Enolestern sowie die weitere Umsetzung dieser Aktivester mit Aminen zu Amiden vermittelt. Zunächst wurde ein sequentielles Eintopf-Verfahren zur Darstellung von Amiden unter Verwendung von 1 Hexin in Wasser realisiert, bei dem das Amin zeitlich verzögert zugegeben wird. Ein einstufiges Eintopf-Verfahren zur Synthese von Amiden aus Carbonsäuren und Aminen, bei dem alle Reagenzien zu Beginn der Reaktion zugegeben werden, wurde unter Verwendung von Ethoxyacetylen als Aktivierungsreagenz entwickelt. Hierbei werden die Carbonsäuren in Gegenwart eines Amins intermediär in hochreaktive Ketenacetale überführt, die nach Aminolyse die entsprechenden Amide in sehr guten Ausbeuten liefern. Die Anwendungsbreite dieses milden Reaktionsprotokolls umfasst aliphatische und aromatische Carbonsäuren mit elektronenschiebenden sowie ziehenden Substituenten. Bemerkenswerter-weise ließ das optimierte Verfahren auch die Kupplungen von N- und C terminal geschützten Aminosäuren zu. Damit handelt es sich bei der vorgestellten Methode um das erste Beispiel eines Eintopf-Verfahrens zur Synthese von Dipeptiden, bei dem statt hochmolekularer Kupplungsreagenzien wie DCC und HOBT Ethoxyacetylen zur Aktivierung der Säuregruppe eingesetzt wird. Anstelle von schwer abtrennbaren Koppelprodukten fällt bei diesem Prozess lediglich Ethylacetat als toxikologisch unbedenkliches Nebenprodukt an.