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Naturstoffsynthese Die ist ein Teilgebiet der organischen Chemie das sich mit der Entwicklung effizienter Synthesen von

Naturstoffsynthese

Die Naturstoffsynthese ist ein Teilgebiet der organischen Chemie, das sich mit der Entwicklung effizienter Synthesen von natürlich vorkommenden Stoffen, den Naturstoffen, befasst. Bei den Wirkstoff-Zielverbindungen (Targets) handelt es sich meist um Substanzen, die potentielle Medikamente darstellen und beispielsweise in der Krebstherapie zum Einsatz kommen sollen.

Hat man eine Substanz entdeckt, die die gewünschte pharmakologische Aktivität zeigt, so besteht häufig das Problem, dass man sie nur in geringen Mengen aus natürlichen Quellen isolieren kann. Ein bekanntes Beispiel ist das äußerst wirksame Antitumormedikament Paclitaxel, das aus der Rinde der pazifischen Eibe (Taxus brevifolia) gewonnen wird. Der Bedarf an Paclitaxel übersteigt bei weitem die Menge, die aus den Bäumen gewonnen werden kann, da die Extraktion nur unter Abtötung des Baums erfolgen kann und die Bäume zudem sehr langsam wachsen.

Synthesewege Bearbeiten

Die Aufgabe ist es, Synthesewege für Stoffe wie Paclitaxel zu entwickeln, die eine Herstellung im industriellen Maßstab ermöglichen. Dabei steht die Effizienz der Synthese im Vordergrund. Effizienz bedeutet in diesem Zusammenhang u. a.:

  • möglichst wenige Stufen
  • Vermeidung von Nebenprodukten und dem Einsatz nicht für die Medikamentenherstellung zugelassener giftiger Reagenzien
  • Einbeziehung von katalytischen Prozessen (Katalysator)
  • geringer finanzieller Aufwand

Im Falle von Paclitaxel entbrannte ein Wettbewerb, im Laufe dessen mehrere Forschergruppen eine Synthesestrategie entwickelten. Sie verfolgten dabei verschiedene Ansätze: zum einen den schrittweisen Aufbau des Moleküls (lineare Synthese), zum anderen den getrennten Aufbau verschiedener komplexerer Fragmente des Moleküls, die anschließend zu dem Wirkstoff zusammengefügt werden (konvergente Synthese). Diese Methoden sind sog. Totalsynthesen, bei denen das Molekül aus einfacheren Molekülen zusammengebaut wird.

Daneben gibt es noch die Möglichkeit der Partialsynthese, bei denen ein strukturverwandter Stoff in wenigen Schritten in die gesuchte Substanz verwandelt wird. Dieser Ansatz macht vor allem dann Sinn, wenn der strukturverwandte Stoff in größeren Mengen aus natürlichen Quellen zu beziehen ist.

Optimierung der Stoffe Bearbeiten

Die Naturstoffsynthese umfasst zudem die Optimierung der Stoffe für die beabsichtigte Anwendung. Das ist zum Beispiel dann nötig, wenn eine Substanz neben der gewünschten Wirkung unangenehme Nebenwirkungen zeigt. In diesem Fall muss der molekularen Ursache für die Nebenwirkungen auf den Grund gegangen werden, so dass man sie durch Modifikation der Struktur ausschalten kann. Die Herausforderung dabei ist, mit den Nebenwirkungen nicht auch gleich die gewünschte Wirkung zu beseitigen. An dieser Stelle bewegt sich die Naturstoffsynthese im Grenzgebiet zur Medizin, Pharmakologie, Pharmazeutische Biologie, Biochemie und verwandten Wissenschaften.

In der aktuellen Forschung bemüht man sich um das Verständnis von Wirkungsmechanismen und versucht eine Beziehung zwischen Struktur und Wirkung einer Substanz herzustellen, so dass man in Zukunft pharmakologische Aktivität vorhersagen und Wirkstoffe gezielt herstellen kann.

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • K. Tatsuta, S. Hosokawa: Total Synthesis of Selected Bioactive Natural Products: Illustration of Strategy and Design. Chemical Reviews. 105, 2005, S. 4707–4729. doi:10.1021/cr040630

Quellen Bearbeiten

  • R. A. Holton, C. Somoza, H. B. Kim, F. Liang, R. J. Biediger, P. D. Boatman, M. Shindo, C. C. Smith, S. Kim: First total synthesis of taxol. 1. Functionalization of the B ring. In: J. Am. Chem. Soc. 116(4), 1994, S. 1597–1598. doi:10.1021/ja00083a066
  • K. C. Nicolaou, Z. Yang, J. J. Liu, H. Ueno, P. G. Nantermet, R. K. Guy, D. F. Claiborne, J. Renaud, E. A. Couladouros, K. Paulvannan, E. J. Sorensen: Total synthesis of taxol. In: Nature. 367, 1994, S. 630–634. doi:10.1038/367630a0
  • S. J. Danishefsky, J. J. Masters, W. B. Young, J. T. Link, L. B. Snyder, T. V. Magee, D. K. Jung, R. C. A. Isaacs, W. G. Bornmann, C. A. Alaimo, C. A. Coburn, M. J. Di Grandi: Total Synthesis of Baccatin III and Taxol. In: J. Am. Chem. Soc. 118(12), 1996, S. 2843–2859. doi:10.1021/ja952692a
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Veröffentlichungsdatum:
Die Naturstoffsynthese ist ein Teilgebiet der organischen Chemie das sich mit der Entwicklung effizienter Synthesen von naturlich vorkommenden Stoffen den Naturstoffen befasst Bei den Wirkstoff Zielverbindungen Targets handelt es sich meist um Substanzen die potentielle Medikamente darstellen und beispielsweise in der Krebstherapie zum Einsatz kommen sollen Hat man eine Substanz entdeckt die die gewunschte pharmakologische Aktivitat zeigt so besteht haufig das Problem dass man sie nur in geringen Mengen aus naturlichen Quellen isolieren kann Ein bekanntes Beispiel ist das ausserst wirksame Antitumormedikament Paclitaxel das aus der Rinde der pazifischen Eibe Taxus brevifolia gewonnen wird Der Bedarf an Paclitaxel ubersteigt bei weitem die Menge die aus den Baumen gewonnen werden kann da die Extraktion nur unter Abtotung des Baums erfolgen kann und die Baume zudem sehr langsam wachsen Inhaltsverzeichnis 1 Synthesewege 2 Optimierung der Stoffe 3 Siehe auch 4 Literatur 5 QuellenSynthesewege BearbeitenDie Aufgabe ist es Synthesewege fur Stoffe wie Paclitaxel zu entwickeln die eine Herstellung im industriellen Massstab ermoglichen Dabei steht die Effizienz der Synthese im Vordergrund Effizienz bedeutet in diesem Zusammenhang u a moglichst wenige Stufen Vermeidung von Nebenprodukten und dem Einsatz nicht fur die Medikamentenherstellung zugelassener giftiger Reagenzien Einbeziehung von katalytischen Prozessen Katalysator geringer finanzieller AufwandIm Falle von Paclitaxel entbrannte ein Wettbewerb im Laufe dessen mehrere Forschergruppen eine Synthesestrategie entwickelten Sie verfolgten dabei verschiedene Ansatze zum einen den schrittweisen Aufbau des Molekuls lineare Synthese zum anderen den getrennten Aufbau verschiedener komplexerer Fragmente des Molekuls die anschliessend zu dem Wirkstoff zusammengefugt werden konvergente Synthese Diese Methoden sind sog Totalsynthesen bei denen das Molekul aus einfacheren Molekulen zusammengebaut wird Daneben gibt es noch die Moglichkeit der Partialsynthese bei denen ein strukturverwandter Stoff in wenigen Schritten in die gesuchte Substanz verwandelt wird Dieser Ansatz macht vor allem dann Sinn wenn der strukturverwandte Stoff in grosseren Mengen aus naturlichen Quellen zu beziehen ist Optimierung der Stoffe BearbeitenDie Naturstoffsynthese umfasst zudem die Optimierung der Stoffe fur die beabsichtigte Anwendung Das ist zum Beispiel dann notig wenn eine Substanz neben der gewunschten Wirkung unangenehme Nebenwirkungen zeigt In diesem Fall muss der molekularen Ursache fur die Nebenwirkungen auf den Grund gegangen werden so dass man sie durch Modifikation der Struktur ausschalten kann Die Herausforderung dabei ist mit den Nebenwirkungen nicht auch gleich die gewunschte Wirkung zu beseitigen An dieser Stelle bewegt sich die Naturstoffsynthese im Grenzgebiet zur Medizin Pharmakologie Pharmazeutische Biologie Biochemie und verwandten Wissenschaften In der aktuellen Forschung bemuht man sich um das Verstandnis von Wirkungsmechanismen und versucht eine Beziehung zwischen Struktur und Wirkung einer Substanz herzustellen so dass man in Zukunft pharmakologische Aktivitat vorhersagen und Wirkstoffe gezielt herstellen kann Siehe auch BearbeitenLADME Kombinatorische Chemie Metathese Chemie NaturstoffchemieLiteratur BearbeitenK Tatsuta S Hosokawa Total Synthesis of Selected Bioactive Natural Products Illustration of Strategy and Design Chemical Reviews 105 2005 S 4707 4729 doi 10 1021 cr040630Quellen BearbeitenR A Holton C Somoza H B Kim F Liang R J Biediger P D Boatman M Shindo C C Smith S Kim First total synthesis of taxol 1 Functionalization of the B ring In J Am Chem Soc 116 4 1994 S 1597 1598 doi 10 1021 ja00083a066 K C Nicolaou Z Yang J J Liu H Ueno P G Nantermet R K Guy D F Claiborne J Renaud E A Couladouros K Paulvannan E J Sorensen Total synthesis of taxol In Nature 367 1994 S 630 634 doi 10 1038 367630a0 S J Danishefsky J J Masters W B Young J T Link L B Snyder T V Magee D K Jung R C A Isaacs W G Bornmann C A Alaimo C A Coburn M J Di Grandi Total Synthesis of Baccatin III and Taxol In J Am Chem Soc 118 12 1996 S 2843 2859 doi 10 1021 ja952692a Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Naturstoffsynthese amp oldid 225941735