Wissenschaftler*innen des MPI CEC haben einen katalytischen Ansatz vorgestellt, der einen effizienten Zugang zu wichtigen Bausteinen für Arzneimittel und Feinchemikalien ermöglicht. Ihre Arbeit, die in der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde, befasst sich mit einer seit langem bestehenden Herausforderung: der selektiven Hydrierung komplexer heteroaromatischer Verbindungen (wie Chinoline, Indole und Benzofurane) unter Beibehaltung der Aromatizität des benachbarten Carbocyclus. Diese Präzision ist für die effiziente Herstellung hochwertiger Arzneimittelzwischenprodukte unerlässlich, doch herkömmliche Katalysatoren vereinen oft nicht die erforderliche Aktivität, Selektivität und Stabilität. Die Lösung des Teams, Rutheniumphosphid-Nanopartikel, die auf einer unterstützten ionischen Flüssigphase immobilisiert sind (Ru₅₀P₅₀@SILP), eröffnet neue Wege für eine nachhaltige chemische Produktion.

Intelligentes Design, überlegene Leistung

Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die raue Bedingungen erfordern, wurde die Synthese von RuₓP₁₀₀₋ₓ@SILP-Katalysatoren unter milden Temperaturen (60 °C) durchgeführt und nutzte einen molekular modifizierten Träger, um die Größe der Nanopartikel (ca. 2 nm) zu stabilisieren. Fortschrittliche Charakterisierungstechniken und detaillierte katalytische Untersuchungen zeigten die Eigenschaften und die überlegene Leistung des Katalysators. Bemerkenswert ist, dass Ru₅₀P₅₀@SILP die selektive partielle Hydrierung einer Vielzahl von bicyclischen Heterocyclen (34 Beispiele) erreichte und dabei empfindliche funktionelle Gruppen wie Halogene, Ester und sogar sperrige Substituenten erhalten blieben.

Vom Labortisch zur praktischen Anwendung

Die Vielseitigkeit des Katalysators zeigt sich bei der Synthese hochwertiger Zielmoleküle und lässt sich direkt in der Arzneimittelentwicklung anwenden. So rationalisierte der Katalysator beispielsweise die Herstellung von Cusparein (einem antiviralen Wirkstoff) und Salsolidin (einem neuroaktiven Alkaloid) und erzielte hohe Ausbeuten bei minimalem Abfallaufkommen. Entscheidend war, dass er die Deuteriummarkierung ermöglichte, ein wichtiges Instrument zur Verbesserung der Löslichkeit und der pharmakokinetischen Aktivitäten. Über Batch-Prozesse hinaus demonstrierte das Team um Dr. Alexis Bordet eine nahtlose Skalierbarkeit in Durchflussreaktoren, wobei die Stabilität über 7 Stunden mit einer Raum-Zeit-Ausbeute von 0,4 kg/L·h aufrechterhalten wurde. Diese Effizienz in Verbindung mit der Toleranz gegenüber anspruchsvollen Substraten wie Benzothiophenen positioniert die Technologie als vielseitige Plattform für die industrielle Katalyse.

Wegweisend für eine umweltfreundlichere Chemie

„In dieser Arbeit haben wir unseren kürzlich vorgestellten Niedertemperatur-Syntheseweg zu Metallphosphiden genutzt, um ein neues katalytisches System mit maßgeschneiderter Reaktivität für eine anspruchsvolle Umwandlung zu entwickeln“, betont Hooman Ghazi Zahedi, Erstautor der Studie. Diese Leistung ist jedoch das Ergebnis einer gemeinsamen Anstrengung: Ein Team von 10 Wissenschaftler*innen aus drei Abteilungen des MPI CEC, darunter die Gruppen von Walter Leitner und Alexis Bordet (korrespondierende Autoren), sowie Experten für Röntgenspektroskopie (Serena DeBeer) und NMR-Analytik (Thomas Wiegand). Durch die Kombination von synthetischer Innovation mit modernster Charakterisierung gelang es dem Team, ein nachhaltiges und robustes katalytisches System zu etablieren. „Wichtig ist, dass wir mit dieser Methodik auf effiziente und umweltfreundliche Weise Zugang zu hochbedeutenden Wirkstoffmolekülen erhalten haben“, bemerkt Zahedi. Insgesamt ebnet diese Arbeit den Weg für skalierbare und nachhaltige Synthesen in der pharmazeutischen und feinchemischen Produktion.

Originalartikel:

Hooman Ghazi Zahedi, Jannis Hertel, Bhaskar Paul, Liqun Kang, Jacob Johny, Yufei Wu, Thomas Wiegand, Serena DeBeer, Walter Leitner, and Alexis Bordet (2026). Selective Hydrogenation of Heteroarenes Using Supported Ruthenium Phosphide Nanoparticle Catalysts Journal of the American Chemical Society. ASAP. DOI: 10.1021/jacs.5c16144 https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c16144 

Kürzlich veröffentlichte Syntheseroute:

Sodreau, A., Zahedi, H. G., Dervişoğlu, R., Kang, L., Menten, J., Zenner, J., Terefenko, N., DeBeer, S., Wiegand, T., Bordet, A., Leitner, W. A Simple and Versatile Approach for the Low-Temperature Synthesis of Transition Metal Phosphide Nanoparticles from Metal Chloride Complexes and P(SiMe₃)₃. Adv. Mater. 2023, 2306621. https://doi.org/10.1002/adma.202306621