Dr. Eckehard Cuny
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31.03.2003

Zur Konversion von Zuckern in Heterocyclen wurden im Vorhaben zwei Strategien verfolgt: (1) Die indirekte Konversion von Bulk-Zuckern durch Umsetzung von technisch aus Zuckern gut zugänglichen Furanderivaten wie Furfural, Hydroxymethylfurfural und Glucosyloxymethylfurfural mit Ammoniak-Derivaten zu Stickstoff-Heterocyclen; (2) Die direkte Umsetzung von Bulk-Zuckern mit Ammoniakderivaten zu hydrophilen Stickstoff-Heterocyclen. Schwerpunkt der indirekten Strategie war die Derivatisierung des aus Isomaltulose zugänglichen alpha-Glucosyloxymethylfurfurals. Ziel war es dabei, Kohlenhydrat-substituierte, hydrophile Heterocyclen zu erhalten. Darüber hinaus wurden Heterocyclen aus Hydroxymethylfurfural generiert. Der Schwerpunkt der Arbeiten zur direkten Konversion lag auf Untersuchungen zur direkten Umsetzung von Disacchariden zu N-Heterocyclen ohne die mehrstufige Synthese der Furfural-Zwischenstufen. Dazu wurden reduzierende Zucker in Substanz und in situ in eine 1,2-Dicarbonyl-Zwischenstufe überführt und dann zu den N-Heterocyclen cyclisiert. Darüber hinaus wurden auch alpha-Hydroxycarbonyl-Verbindungen in N-Heterocyclen überführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der wissenschaftliche Erfolg der Synthesen darin besteht, dass nunmehr ausgehend von Bulk-Zuckern und Ammoniak-Derivaten eine ganze Palette hydrophiler Stickstoff-Heterocyclen zugänglich ist. Die entwickelten Prozesse zu deren Herstellung sind industriefreundlich, weil sie teilweise ohne Schutzgruppenoperationen und mit preisgünstigen Basischemikalien durchgeführt werden können. Darüber hinaus erfolgte teilweise die Synthese mit Wasser als Lösungsmittel. Ausgehend von petrochemischen Rohstoffen wären viele der hergestellten Substanzen nur über vielstufige Reaktionen zugänglich. Einige Vertreter der synthetisierten Stoffklassen befindet sich zur Zeit beim Hans-Knöll-Institut Jena in der biologischen Testung.

Heterocyclische Stickstoff-Verbindungen sind wichtige Zwischenproduktein der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Technische Synthesen dieser Substanzen gehen von fossilen Rohstoffen aus und erfordern in der Regel deren vielstufige Modifizierung. Die nachträgliche Einführung hydrophiler Substituenten zur Erzielung der meist erwünschten Löslichkeit in Wasser ist extrem aufwendig. Gesamtziel des Vorhabens ist es, die als nachwachsende Rohstoffe in ausreichenden Mengen preiswert zur Verfügung stehenden niedermolekularen Kohlenhydrate in wenigen einfachen Schritten in heterocyclische Stickstoff-Verbindungen umzuwandeln. Die so hergestellten Heterocyclen sind mit hydrophilen Seitenketten bzw. Zuckerresten ausgestattet und sollten somit biologisch sehr gut abbaubar sein. Nachdem es bereits erfolgreich gelungen ist, durch Optimierung des literaturbekannten Methodenarsenals sowie durch Erarbeitung neuer Darstellungsverfahren hochveredelte N-Heterocyclen aus Monosacchariden und aus Isomaltulose aufzubauen, sollen nun diese ersten Ergebnisse auf breiter Basis ausgebaut werden.