Getrennte Zwillinge
FAU-Chemiker entwickeln neues Verfahren zur Herstellung von Arzneimitteln
Chemiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
arbeiten an einem Verfahren, mit dem sogenannte chirale Moleküle
zuverlässig getrennt werden können. Damit soll es künftig einfacher sein,
hoch effektive Medikamente und Pflanzenschutzmittel ohne unerwünschte
Nebenwirkungen herzustellen. Am Verbundprojekt CORE, für das die
Europäische Union rund vier Millionen Euro bereitstellt, sind Forscher aus
Großbritannien, Frankreich, den Niederlanden, der Schweiz und Deutschland
beteiligt.
Moleküle als Spiegelbilder
In der organischen Chemie treten Moleküle häufig chiral auf. Das bedeutet,
sie kommen in zwei spiegelbildlichen Formen vor – ähnlich wie die linke
und die rechte Hand des Menschen. Nukleinsäuren und Enzyme zum Beispiel
sind chiral, aber auch die Rezeptoren auf Zelloberflächen. Deshalb sind
Arzneimittel, Insektizide und Duftstoffe, die über Rezeptoren oder Enzyme
wirken, meistens auch chiral. Obwohl die R- und S-Enantiomere – so heißen
die paarweise auftretenden Moleküle – sich nur durch ihre räumliche
Anordnung unterscheiden, haben sie oftmals unterschiedliche medizinische
Wirkungen: Das S-Molekül des Schmerzmittels Ketamin beispielsweise besitzt
eine dreifach höhere Potenz als die R-Form. Das wohl bekannteste Beispiel
für die Bedeutung der Enantiomere ist der Contergan-Skandal der 1960er
Jahre: Während das R-Thalidomid als Schlafmittel wirkt, ist die S-Form
keimschädigend und wird für Missbildungen bei Neugeborenen verantwortlich
gemacht.
Enantiomere sind schwer zu trennen
„Wir wissen inzwischen viel über die Bedeutung chiraler Moleküle“, sagt
Prof. Dr. Svetlana Tsogoeva vom Lehrstuhl für Organische Chemie I der FAU.
„Dennoch sind die Verfahren zur Trennung der Enantiomere bis heute
aufwändig und teuer.“ Weil die fraktionierte Kristallisation als
klassisches Trennverfahren bei chiralen Molekülen nur bedingt
funktioniert, wird bevorzugt die asymmetrische Katalyse angewandt. Doch
das hat einige Nachteile: Die Katalysatoren müssen für jeden Wirkstoff
gezielt entwickelt werden – ein enormer Zeit-, Energie- und Kostenfaktor.
Sie sind häufig metallhaltig oder durch andere Stoffe toxisch und können
die Medikamente kontaminieren. Und sie stoßen in ihrer Wirkung an Grenzen
und produzieren oftmals nur ein Gemisch von linker und rechter Form eines
Moleküls. Tsogoeva: „Wir brauchen ein Verfahren, mit dem wir die
Enantiomere zuverlässig trennen können und das für ein möglichst breites
Spektrum chiraler Wirkstoffe und Materialien geeignet ist.“
Der Ansatz: Autokatalytische Prozesse
Genau daran arbeitet die Forschergruppe der FAU im Rahmen des
Verbundprojektes CORE. „Wir wollen die chemische Synthese mit der
physikalischen autokatalytischen Kristallisation kombinieren, um so die
gewünschten Enantiomere in reiner Form zu erhalten“, erklärt Svetlana
Tsogoeva. „Dieser Ansatz erlaubt es, auf komplexe chirale Katalysatoren zu
verzichten und stattdessen preiswerte achirale organische Katalysatoren
einzusetzen.“ Bereits 2009 ist es Chemikern der FAU unter Leitung von
Prof. Tsogoeva gelungen, mit der Methode der autokatalytischen
Kristallisation enantiomerenreine Aminosäure-Derivate herzustellen. Im
Rahmen von CORE sollen diese Prozesse nun verfeinert und breiter anwendbar
gemacht werden. Ziel ist es, neue pharmazeutische Stoffe zu entwickeln,
die über bessere Eigenschaften verfügen und bei denen schädliche
Nebenwirkungen vermieden werden können.
CORE: Forscher und Unternehmen arbeiten zusammen
Im Forschungsverbundprojekt CORE (Continuous Resolution and Deracemization
of Chiral Compounds by Crystallization) arbeiten Forscher aus
Großbritannien, Deutschland, den Niederlanden, Frankreich und der Schweiz
mit global agierenden Unternehmen zusammen. CORE bündelt Expertisen aus
unterschiedlichen Bereichen der synthetischen organischen Chemie, der
Pharmazie, der Verfahrenstechnik und der Festkörperchemie. Für das auf
vier Jahre angelegte Projekt stellt die Europäische Union im Rahmen der
Horizont-2020-Initiative rund vier Millionen Euro zur Verfügung.
hoch effektive Medikamente und Pflanzenschutzmittel ohne unerwünschte
Nebenwirkungen herzustellen. Am Verbundprojekt CORE, für das die
Europäische Union rund vier Millionen Euro bereitstellt, sind Forscher aus
Großbritannien, Frankreich, den Niederlanden, der Schweiz und Deutschland
beteiligt.
Moleküle als Spiegelbilder
In der organischen Chemie treten Moleküle häufig chiral auf. Das bedeutet,
sie kommen in zwei spiegelbildlichen Formen vor – ähnlich wie die linke
und die rechte Hand des Menschen. Nukleinsäuren und Enzyme zum Beispiel
sind chiral, aber auch die Rezeptoren auf Zelloberflächen. Deshalb sind
Arzneimittel, Insektizide und Duftstoffe, die über Rezeptoren oder Enzyme
wirken, meistens auch chiral. Obwohl die R- und S-Enantiomere – so heißen
die paarweise auftretenden Moleküle – sich nur durch ihre räumliche
Anordnung unterscheiden, haben sie oftmals unterschiedliche medizinische
Wirkungen: Das S-Molekül des Schmerzmittels Ketamin beispielsweise besitzt
eine dreifach höhere Potenz als die R-Form. Das wohl bekannteste Beispiel
für die Bedeutung der Enantiomere ist der Contergan-Skandal der 1960er
Jahre: Während das R-Thalidomid als Schlafmittel wirkt, ist die S-Form
keimschädigend und wird für Missbildungen bei Neugeborenen verantwortlich
gemacht.
Enantiomere sind schwer zu trennen
„Wir wissen inzwischen viel über die Bedeutung chiraler Moleküle“, sagt
Prof. Dr. Svetlana Tsogoeva vom Lehrstuhl für Organische Chemie I der FAU.
„Dennoch sind die Verfahren zur Trennung der Enantiomere bis heute
aufwändig und teuer.“ Weil die fraktionierte Kristallisation als
klassisches Trennverfahren bei chiralen Molekülen nur bedingt
funktioniert, wird bevorzugt die asymmetrische Katalyse angewandt. Doch
das hat einige Nachteile: Die Katalysatoren müssen für jeden Wirkstoff
gezielt entwickelt werden – ein enormer Zeit-, Energie- und Kostenfaktor.
Sie sind häufig metallhaltig oder durch andere Stoffe toxisch und können
die Medikamente kontaminieren. Und sie stoßen in ihrer Wirkung an Grenzen
und produzieren oftmals nur ein Gemisch von linker und rechter Form eines
Moleküls. Tsogoeva: „Wir brauchen ein Verfahren, mit dem wir die
Enantiomere zuverlässig trennen können und das für ein möglichst breites
Spektrum chiraler Wirkstoffe und Materialien geeignet ist.“
Der Ansatz: Autokatalytische Prozesse
Genau daran arbeitet die Forschergruppe der FAU im Rahmen des
Verbundprojektes CORE. „Wir wollen die chemische Synthese mit der
physikalischen autokatalytischen Kristallisation kombinieren, um so die
gewünschten Enantiomere in reiner Form zu erhalten“, erklärt Svetlana
Tsogoeva. „Dieser Ansatz erlaubt es, auf komplexe chirale Katalysatoren zu
verzichten und stattdessen preiswerte achirale organische Katalysatoren
einzusetzen.“ Bereits 2009 ist es Chemikern der FAU unter Leitung von
Prof. Tsogoeva gelungen, mit der Methode der autokatalytischen
Kristallisation enantiomerenreine Aminosäure-Derivate herzustellen. Im
Rahmen von CORE sollen diese Prozesse nun verfeinert und breiter anwendbar
gemacht werden. Ziel ist es, neue pharmazeutische Stoffe zu entwickeln,
die über bessere Eigenschaften verfügen und bei denen schädliche
Nebenwirkungen vermieden werden können.
CORE: Forscher und Unternehmen arbeiten zusammen
Im Forschungsverbundprojekt CORE (Continuous Resolution and Deracemization
of Chiral Compounds by Crystallization) arbeiten Forscher aus
Großbritannien, Deutschland, den Niederlanden, Frankreich und der Schweiz
mit global agierenden Unternehmen zusammen. CORE bündelt Expertisen aus
unterschiedlichen Bereichen der synthetischen organischen Chemie, der
Pharmazie, der Verfahrenstechnik und der Festkörperchemie. Für das auf
vier Jahre angelegte Projekt stellt die Europäische Union im Rahmen der
Horizont-2020-Initiative rund vier Millionen Euro zur Verfügung.
