Spektrum der Wissenschaft - 08.2019

FORSCHUNG AKTUELL

hungsweise Ar–B(OH) 2 ), an vielen
Substraten nicht sehr selektiv. Auf der
anderen Seite gibt es zwar höchst
selektive C–H­Funktionalisierungsreak­
tionen, diese können aber meist nur
Gruppen anbauen, die synthetisch von
geringem Wert sind. Sie eignen sich
also nur wenig für weitere Reaktions­
schritte.
Unsere Forschungsgruppe hat nun
eine Reaktion entwickelt, die sowohl
hochgradig selektiv verläuft als auch
eine synthetisch wertvolle funktionelle
Gruppe einführt: Die »Thianthrenie­
rung« erzeugt am aromatischen Ring
einen Thianthrenyl­ oder Tetrafluoro­
thianthrenylrest (im Bild rechts grün
hervorgehoben). Sie verläuft sehr
selektiv, und zwar stets in derjenigen
Position, in der die Elektronendichte
am höchsten ist.

Kein chemischer Dirigent nötig
Das ist bemerkenswert, denn für die
Unterscheidung, welche Position
besetzt wird, benötigt man in der
Regel einen chemischen Dirigenten –
ein Anhängsel am aromatischen Ring.
Dieser beeinflusst, an welcher Stelle
das reagierende Molekül andockt,
indem er die Elektronendichte im Ring
verschiebt oder durch seine schiere
Größe bestimmte Positionen unzu­
gänglich macht. Ausgehend von der
dirigierenden Gruppe unterscheiden
Chemiker im Aromaten die ortho­,
meta­ und para­Position (Bild unten).
Bei aromatischen Verbindungen, die
als einziges Anhängsel eine Elek tronen
schiebende Gruppe besitzen, setzt sich
die Thianthrenylgruppe bevorzugt an

die dieser gegenüberliegende, die so

genannte para­Position. Um die Se­

lektivität unserer Reaktion an einem

einfachen Beispiel zu testen, haben wir

die Thianthrenierung von Ethylbenzol

(Bild unten) untersucht. Es sind nur

wenige Reaktionen bekannt, die an

diesem oder ähnlichen Aromaten sehr

selektiv ablaufen, da die Ethylgruppe

keinen großen Einfluss darauf nimmt,

an welcher Stelle die Reaktion stattfin­

det – sie ist also eher ein schlechter

Dirigent. Dennoch erfolgte die Thian­

threnierung fast ausschließlich in

para­Stellung, und zwar 200­mal so

schnell wie in meta­ und 500­mal so

schnell wie in ortho­Posi tion.

Mit einer derart selektiven Reaktion

kann man eine Vielzahl an komplexen

Verbindungen, die über mehrere

reaktive Positionen verfügen, sehr

gezielt um funktionelle Gruppen

erweitern. Das Spektrum reicht von

elektronenreichen Aromaten wie

Dimethoxybenzol bis zu elektronen­

armen wie Chlorbenzol. Wir haben

Thianthreniumsalze aus insgesamt

15 Pharmawirkstoffen, Agrochemika­

lien und Naturstoffen beziehungsweise

deren Abwandlungen (so genannten

Derivaten) erzeugt – ein Beleg dafür,

dass auch komplizierte Stoffe umge­

setzt werden können. Der Trick liegt

darin, dass die Thianthrenylgruppe

zum einen die elektronenreichste

Position stark bevorzugt und zum

anderen positiv geladen ist: Das Zu­

sammenspiel dieser Effekte deaktiviert

gewissermaßen den Rest des Mole­

küls. Ist die Gruppe einmal eingeführt,

reagieren die anderen potenziell reakti­

ven C–H­Bindungen quasi nicht mehr

und bleiben erhalten.

Die Thianthrenylgruppe kann in

mehreren Folgereaktionen durch viele

synthetisch interessante chemische

Bausteine ausgetauscht werden.

Dadurch ist es möglich, zahlreiche

Derivate komplexer Moleküle schnell

herzustellen. Besonders gut eignet sie

sich für zwei Typen von Folgereaktio­

nen, die Palladium­Katalyse und die

Fotoredox­Katalyse – beides Reak­

tionstypen, die eine große Zahl funk­

tioneller Gruppen einführen können

(Bild rechts).

Eine wichtige Sorte palladiumkata­

lysierter Reaktionen sind beispiels­

weise die so genannten Kreuzkupplun­

gen. Mit ihrer Hilfe sind Chemiker in

der Lage, auch Kohlenstoff­Kohlen­

stoff­Bindungen direkt zu knüpfen –

sie sind daher inzwischen als entschei­

dender Schritt in der chemischen und

pharmazeutischen Industrie weit ver­

breitet. 2010 erhielten ihre Entwickler

den Chemie­Nobelpreis (siehe Spektrum

Dezember 2010, S. 18). In diesen Reak­

tionen verhält sich der Thianthrenylrest

ähnlich wie die bisher eingesetzten

Halogene, wie zum Beispiel Bromid.

Viele bekannte Reaktionen (wie Suzuki­

Kupplung, Sonogashira­Kupplung,

Negishi­Kupplung oder Heck­Reak­

tion) können daher mit Thianthrenium­

salzen unter Bedingungen durchge­

führt werden, die denen für die Um­

wandlung mittels Arylbromiden, also

Molekülen mit einem Bromatom am

aromatischen Ring ähneln. Das ist

daher praktisch, weil man die thian­

threnierten Moleküle häufig unter

bereits bekannten Bedingungen rea­

gieren lassen kann und sich Wissen­

Die Thianthrenierung verläuft hoch­

gradig selektiv: Aus Ethylbenzol und

Tetrafluorothianthren­S­Oxid entsteht

quasi ausschließlich das para-substi­

tuierte Produkt (Mitte). Das so herge­

stellte Thianthreniumsalz ist in einer

Vielzahl weiterer Reaktionen aktiv (rote

und blaue Pfeile). Auf diese Weise

liefert ein kurzer Syntheseweg zahlrei­

che funktionelle Gruppen.

Funktionelle Gruppen am
Aromaten (hier eine Ethyl­
gruppe, kurz Et) verschie­
ben die Elektronendichte
im aromatischen Ring oder
schirmen bestimmte
Positionen räumlich ab. So
beeinflussen sie, in wel­
cher Position eine weitere
Gruppe (R) andockt. Relativ
zur ersten funktionellen
Gruppe unterscheidet man
die ortho-, meta- und
para-Position.

SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT

ortho­Produkt meta­Produkt para­Produkt

Ethylbenzol