Der Chemiker Nuno Maulide, von der Universität Wien, setzt sich im Rahmen seiner Forschungstätigkeit mit der umweltfreundlicheren Herstellung von Antibiotika auseinander. Die Arbeit wurde von der Fachzeitschrift “Chemistry – A European Journal” als “Hot Paper” ausgezeichnet. Wir haben uns mit ihm unterhalten.
Sie haben zusammen mit einem internationalen Team ein umweltfreundliches Herstellungsverfahren für die Antibiotikaklasse der beta-Lactame entwickelt. Was darf man sich genau darunter vorstellen?
Die sogenannten beta-Lactame gehören einer altbekannten Antibiotikaklasse an. Sie sind eine recht fortschrittlich erforschte Familie von Verbindungen, welche einen kleinen viergliedrigen Ring in ihrer Grundstruktur beinhalten. Aufgrund ihrer starken antibiotischen ergeben sich daher zahlreiche Einsatzgebiete. Wie man sich daher vorstellen kann, wurden in den letzten vier oder fünf Jahrzehnten diverse Herstellungsverfahren entwickelt – viele davon benötigen jedoch einen Metallkatalysator.
Im Speziellen bauen einige solcher Verfahren auf hochreaktiven Intermediaten, sogenannten Carbenen, auf. Diese energiereiche Spezies kann auch zu beta-Lactamen reagieren, dabei aber auch eine Vielzahl unerwünschter Nebenprodukte erzeugen. Hierin liegt der „Trick“, den sich Chemiker durch die Verwendung von Metallkatalysatoren zu Nutze machen – diese Katalysatoren erlauben es, die Reaktivität dieser Carben-Intermediate zu kontrollieren und den Reaktionspfad größtenteils (oder ausschließlich) in Richtung der gewünschten beta-Lactame führen zu lassen.
Unsere Gruppe hat ein neues Verfahren entwickelt, in dem besonders „zahme“ Carbene erzeugt werden. Diese werden auf nicht-klassische Weise generiert und ermöglichen so, in Abwesenheit jeglicher Metallkatalysatoren, eine hochselektive Reaktion, die ausschließlich die gewünschten beta-Lactame liefert.
Welche Vorteile hat es wenn man keinen Metallkatalysator verwendet?
Wie oben bereits erwähnt, eignen sich Metallkatalysatoren ausgezeichnet für viele Bereiche der organischen Chemie, da sie häufig Reaktionen ermöglichen, die zuvor für nicht durchführbar gehalten wurden. Bei der Synthese von Medikamenten stellen sie jedoch oftmals ein Problem dar. Einerseits ist es oft mühsam, alle Spuren der Metalle vom Endprodukt zu entfernen – dies könnte schwerwiegende Konsequenzen haben, da die meisten Metallkatalysatoren auch toxisch sind.
Andererseits sind viele der Metallkatalysatoren, die in der Carbenchemie eingesetzt werden auch sehr teuer (Rhodium, jenes Metall, das die besten Ergebnisse erzielt, gilt als eines der teuersten Metalle überhaupt – einige Größenordnungen teurer als etwa Gold oder Platin).
Warum ist es wichtig sich mit alternativen Herstellungsverfahren zu beschäftigen?
Es wird immer nach alternativen Synthesemethoden gesucht, da kein synthetisches Verfahren jemals perfekt ist. Beispielsweise können mit unserer neuen Methode beta-Lactame synthetisiert werden, die sich strukturell stark von denen unterscheiden, die klassischerweise als Antibiotika Anwendung finden. In Anbetracht der allseits bekannten Antibiotikaresistenz, die viele Pathogene entwickeln können, benötigt die Medizin ständig neue chemische Strukturen für die noch keine Resistenz vorhanden ist. Der beste Weg um sicherzustellen, dass wir der Medizin weiterhin neuartige chemische Strukturen zur Verfügung stellen können ist, neuartige und unbekannte Synthesemethoden und –wege zu erforschen. Es geht darum, die Bakterien ständig zu überraschen! (lacht)
Was haben Sie in diese Richtung noch geplant?
In unserer Gruppe am Institut für Organische Chemie der Universität Wien sind wir sehr daran interessiert herauszufinden, welche Arten der Chemie wir mit diesen „gezähmten“ Carbenen betreiben können. Obwohl Metallkatalysatoren für die Synthese von immenser Bedeutung sind (wir selbst verwenden sie täglich), bin ich der Ansicht, dass es noch genügend unerforschte Chemie gibt, die sich die grundsätzlichen Reaktionspräferenzen organischer Moleküle zu Nutze machen kann – auch ganz ohne die Hilfe von Metallen. In Anbetracht der oben erwähnten Probleme ist die Entwicklung von neuen chemischen Reaktionen, ohne den Einsatz von Metallen, von großer Bedeutung.
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Foto oben: Universität Wien, Foto unten: Chemistry
