Ein neues Werkzeug für die Nitro-Chemie

Warum ist die Nitrogruppe wichtig in der Chemie?
Die chemischen Eigenschaften der Nitrogruppe finden eine breite Anwendung. Den meisten Leuten ist sie aufgrund ihrer Explosionskraft in TNT (2,4,6-Trinitrotoluol) bekannt. Aber noch wichtiger ist ihre Anwendung in der medizinischen Chemie. Die Anwesenheit einer Nitrogruppe in einem Medikament kann zum Beispiel eine gewünschte biologische Veränderung wie die Erhöhung der Wirksamkeit des Medikamentes herbeiführen. Die Nitrogruppe wird ebenfalls als Vorläufer in der Herstellung weiterer organischer Substanzen benutzt, die auf andere Weise nur schwer zu synthetisieren wären.

Wo ist nun der Haken bei der Nitrochemie?

Bei der Synthese von Nitroverbindungen gibt es viele Herausforderungen. Typischerweise ist konzentrierte Salpetersäure, die Träger einer Nitrogruppe ist, ein erforderlicher Ausgangsstoff. Schreckliches Zeug. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Salpetersäure aufgrund der harten Reaktionsbedingungen das Zielmolekül zerstört und zur unerwünschten Bildung von Nebenprodukten führt. Zusätzlich erzeugt dieser Prozess nicht gewollten chemischen Abfall.

Könnt Ihr eine Alternative anbieten?

Wir haben in unserer Gruppe ein Reagenz basierend auf der Struktur von Saccharin entwickelt, welches seine Nitrogruppe unter sehr milden Bedingungen auf ein Zielmolekül überträgt. Das Reagenz ist kostengünstig, lagerungsbeständig, sicher und einfach in der Handhabung. Wir haben es bereits für die Nitrierung von Steroiden, Vanillin und Ibuprofen benutzt – nur um einige zu nennen. Die Reaktionsausbeuten waren exzellent.

Was ist der Anwendungsbereich Eures Reagenz?

Unser Reagenz kann die Nitrogruppe auf Benzol-ähnliche Moleküle übertragen, die in der medizinischen Chemie sehr verbreitet sind. Der herausstechende Aspekt ist jedoch die Vielseitigkeit unseres Reagenzes. In einer mehrstufigen Synthese müssen Chemiker sehr genau planen, in welcher Reihenfolge sie welches Reagenz anwenden, da es zu unerwünschten Nebeneffekten kommen kann. Müssen wir zum Beispiel konzentrierte Salpetersäure für die Übertragung der Nitrogruppe einsetzen, so tun wir dies so früh wie möglich. Auf diese Weise haben wir ein noch relativ einfaches Zielmolekül und weniger Risiko, unerwünschte Nebenprodukte zu generieren. Mit unserem Reagenz hingegen sind wir frei, die Nitrogruppe auch zu einem späteren Zeitpunkt auf das Zielmolekül zu übertragen, da die Reaktionsbedingungen mild und unerwünschte Nebenprodukte nicht zu erwarten sind. Diese späte Funktionalisierung eines Zielmoleküls ist ein wichtiges Werkzeug für Chemiker.

Was kommt als nächstes?

Es war eine grossartige Gelegenheit für mich, an der ETH Zürich inmitten von enthusiastischen und leidenschaftlichen Leuten zu arbeiten. Mein nächster Karriereschritt bringt mich an das Chemiedepartement der Universität Fribourg (CH), wo ich ab Januar 2021 als SNSF Assistenzprofessor arbeite. Ein Teil unserer Forschung wird sich weiterhin auf die Nitro-Chemie konzentrieren. Im Hinblick auf Umweltverträglichkeit und Skalierung auf industrielle Produktionsvolumen wäre es besonders interessant, die Synthese des Reagenzes zu verfeinern. In diesem Zusammenhang würde ich mich freuen, mit industriellen Kollaborationspartnern in Kontakt zu kommen, um diese Herausforderung gemeinsam anzugehen.