Terpenen zijn natuurlijke producten die vaak erg moeilijk te synthetiseren zijn in het laboratorium. Chemici van de Universiteit van Basel hebben nu een synthesemethode ontwikkeld die de natuur nabootst. De beslissende stap vindt plaats in een moleculaire capsule, die de reactie mogelijk maakt. De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Katalyse .

Terpenen zijn de grootste klasse van chemische verbindingen die in de natuur voorkomen. Ze bevatten, bijvoorbeeld, veel essentiële oliën, steroïden en klinisch relevante stoffen zoals het antimalariamiddel artemisinine of het chemotherapiemedicijn paclitaxel.

Ondanks steeds verfijndere synthesemethoden, scheikundigen vonden het erg moeilijk om deze structureel complexe verbindingen in het laboratorium te synthetiseren. Het proces vereist vaak talrijke, niet altijd selectieve synthesestappen, en de opbrengsten zijn meestal laag.

De natuur wijst de weg

De onderzoeksgroep onder leiding van professor Konrad Tiefenbacher van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Basel heeft nu een syntheseconcept ontwikkeld voor terpenen die zijn gekopieerd uit de natuur.

De beslissende stap vindt plaats in de holte van een bolvormige verbinding - bekend als een moleculaire capsule. De gebruikte resorcinareencapsule is al ongeveer 20 jaar bekend, maar het katalytische effect ervan is pas zeer recent beschreven, door Tiefenbacher en anderen. In organische oplosmiddelen, de capsule vormt zichzelf uit zes kleinere, ringvormige verbindingen met behulp van waterstofbruggen.

Op dezelfde manier als de natuur, de onderzoekers onder leiding van Tiefenbacher beginnen met een uitgangsmateriaal voor de synthese, die wordt omsloten door de capsule. De capsuleomgeving maakt dan de vorming van de terpeen mogelijk. In aanvulling, controle-elementen die eerder in de voorloper zijn geïntegreerd, helpen ongewenste bijwerkingen te voorkomen en sturen de transformatie naar het gewenste product.

Bewezen toepasbaarheid

De toepasbaarheid van het concept werd bewezen door de vierstapssynthese van het natuurlijke product isolongifoleen, met de vorming van een ringvormige terpeenverbinding gekatalyseerd door de capsule als de belangrijkste stap. Dit lukte – in vergelijking met conventionele syntheses – in beduidend minder stappen en met een goede opbrengst. Met behulp van gelabelde voorlopers en met behulp van computersimulaties, de chemici van Bazel konden ook het reactiemechanisme ophelderen.

"Ons volgende doel is om capsules te gebruiken als een kunstmatig enzym bij de aanmaak van nog complexere terpenen, ", zegt professor Tiefenbacher. "Om dit te doen, we moeten leren om de ruimtelijke ordening van de voorloper in de capsule beter te beheersen, ofwel door het bestaande systeem aan te passen of door nieuwe katalysatoren te ontwikkelen." Dit kan nieuwe manieren openen om terpeenverbindingen te synthetiseren die anders niet gemakkelijk toegankelijk zouden zijn.