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Elektrochemie ebnet den Weg: Nachhaltige Synthesemethode enthüllt N-Hydroxy-Modifikationen für Pharmazie-Forschung

16.04.2024 15:23

Elektrochemie ebnet den Weg: Nachhaltige Synthesemethode enthüllt N-Hydroxy-Modifikationen für Pharmazie-Forschung

Neue hochselektive und skalierbare elektroorganische Synthese von neuartigen Benzo[e]-1,2,4-thiadiazin-1,1-dioxiden, die ein wichtiges strukturelles Motiv von APIs (aktiven pharmazeutischen Wirkstoffen) darstellen, die mit einer einzigartigen N-Hydroxyeinheit modifiziert sind.

Kürzlich veröffentlichte Forschungsergebnisse ermöglichen den präparativen Zugang zu neuartigen Substanzen, die eine Modifikation eines häufig in Arzneimitteln vorkommenden Strukturmotivs tragen.

Nachhaltige chemische Umwandlungen werden immer wichtiger und sind weltweit in allen Lebensbereichen gefragt. Die Elektrochemie spielt bei dieser Entwicklung eine entscheidende Rolle, da die elektroorganische Synthese eine Methode ist, die große Mengen an Abfall vermeidet, die bei herkömmlichen chemischen Umwandlungen entstehen.
In einer aktuellen Arbeit zeigt ein Team von Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion (MPI CEC), wie die Elektrochemie die Entwicklung nachhaltigerer Syntheserouten für den Werkzeugkasten des modernen organischen Chemikers vorantreibt, indem es demonstriert, dass die elektrochemische Umwandlung von Nitrogruppen, für deren Reduktion normalerweise große Mengen an Reduktionsmitteln oder knappen Metallen benötigt werden, einen direkten Zugang zu der bisher wenig untersuchten Klasse der N-Hydroxy-Heterocyclen bietet, einem innovativen strukturellen Motiv für die moderne Arzneimittelforschung.

Wissenslücken schließen – neue Erkenntnisse über Heterocyclen

Stickstoffhaltige Heterozyklen, insbesondere Benzo[e]-1,2,4-thiadiazin-1,1-dioxide, sind ein weit verbreitetes strukturelles Motiv in modernen Blockbuster-Pharmazeutika wie Diazoxid. Im Gegensatz dazu ist über Heterocyclen, die eine exocyclische N-Hydroxy-Modifikation enthalten, wenig bekannt. Die hohe Stabilität und die einzigartigen Eigenschaften der N-O-Bindung machen dieses Motiv für die moderne pharmazeutische Forschung sehr interessant. Darüber hinaus werden N-Oxy-Heterocyclen häufig als wichtige Metaboliten von Arzneimitteln gefunden. Die elektrochemische Synthese durch Nitro-Reduktion ermöglicht die selektive Synthese dieser Verbindungsklasse, die über die klassischen Wege nur schwer zugänglich ist.
Benzo[e]-1,2,4-thiadiazin-1,1-dioxide sind ein strukturelles Motiv, das in zahlreichen Wirkstoffen vorkommt. Synthetische Ansätze für den Zugang zu N-Hydroxy-Derivaten, die eine einzigartige exozyklische N-O-Modifikation enthalten, konnten jedoch bisher nicht beschrieben werden.

Siegfried R. Waldvogel und seine Kolleg*innen vom MPI CEC und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz zeigen in ihrer kürzlich veröffentlichten Arbeit, dass die elektroorganische Synthese als nachhaltige und leistungsfähige Synthesetechnik einen hochselektiven und skalierbaren Zugang zu leicht zugänglichen Nitroarenen durch kathodische Reduktion ermöglicht.
Das Team entwickelte eine hochselektive und skalierbare elektroorganische Synthese neuartiger Benzo[e]-1,2,4-thiadiazin-1,1-dioxide, die ein wichtiges strukturelles Motiv für Wirkstoffe darstellen, die mit einer einzigartigen N-Hydroxy-Einheit modifiziert sind.

Einsatzmöglichkeiten in der Stoffwechsel- und Pharmaforschung

Diese Studie hat den präparativen Zugang zu neuartigen Substanzen ermöglicht, die eine N-Hydroxy-Modifikation eines in Arzneimitteln häufig vorkommenden Strukturmotivs tragen, und die Verbindungsbibliothek von Benzo[e]-1,2,4-thiadiazin-1,1-dioxiden erweitert. Die biologischen Eigenschaften dieser Verbindungen sind jedoch noch völlig unbekannt. Ihre weitere Untersuchung könnte dazu beitragen, die Wirksamkeit von Arzneimitteln zu verbessern, den Stoffwechsel zu verstehen oder neue pharmazeutische Anwendungen zu erforschen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Siegfried R. Waldvogel (siegfried.waldvogel@cec.mpg.de), MPI for Chemical Energy Conversion

Originalpublikation:

Johannes Winter, Tobias Prenzel, Tom Wirtanen, María de Jesús Gálvez-Vázquez, Kamil Hofman, Dieter Schollmeyer, Siegfried R. Waldvogel. Highly selective scalable electrosynthesis of 4-hydroxybenzo[e]-1,2,4-thiadiazine-1,1-dioxides. Cell Reports Physical Science, 2024, 101927, ISSN 2666-3864, https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101927.