Friday, 18. October 2019

Wie sich aus Holzresten Pharmazeutika herstellen lassen

Bei der Produktion vieler Arzneimittel sammeln sich große Mengen umweltschädlicher Abfälle an. Um komplexe chemische Verbindungen herzustellen, werden für die einzelnen Syntheseschritte normalerweise brennbare organische Lösungsmittel benötigt. Forscher der Universität Groningen und des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) haben nun eine überraschend einfache katalytische Methode entwickelt, die – ausgehend von recycelbaren Holzspänen – nur zwei bis drei Syntheseschritte benötigt und Wasser als einzigen Abfall erzeugt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher im Fachjournal ACS Central Science.

Lignin ist ein Bestandteil von Holz und verleiht ihm seine Flexibilität. Allerdings muss es bei der Herstellung von Papier entfernt werden, um ein Vergilben zu verhindern und die Festigkeit des Papiers zu erhöhen. Dadurch fallen große Mengen Lignin an, die man viele Jahre lang nicht sinnvoll wiederverwenden konnte. Neuere Methoden zum Abbau (Depolymerisation) von Lignin haben dieses Problem mittlerweile zum Teil gelöst, doch nun warten die daraus entstehenden Produkte auf ihre Wiederverwertung.

Kürzlich haben Prof. Katalin Barta und Kollegen der Universität Groningen ein elegantes katalytisches Verfahren zur Verarbeitung der Lignozellulose (Holzspäne) entwickelt und anschließend nach einer Möglichkeit gesucht, die neu gebildeten Produkte sinnvoll einzusetzen. In Zusammenarbeit mit der Abteilung „Wirkstoffdesign und Optimierung“ von Prof. Anna Hirsch am HIPS, einem Standort des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI), stellten die Wissenschaftler fest, dass die von ihnen erzeugten Ligninderivate strukturell einigen Arzneimitteln ähnlich sind. Dies macht sie zu einem günstigen Ausgangsstoff für die Synthese und Optimierung von Wirkstoffkandidaten. Der von der Natur inspirierte Ansatz hat den Vorteil, dass er die langen Synthesewege von Pharmazeutika abkürzt und dabei deutlich weniger Abfall entstehen lässt.

Eine wichtige Medikamentenklasse sind Benzazepine, zu denen auch das bekannte Beruhigungsmittel Diazepam gehört. Die traditionelle mehrstufige Herstellung dieser Substanzen erzeugt zu gleichen Teilen Abfälle und die gewünschten Benzazepine. Im Gegensatz dazu ist das neue, von Lignin ausgehende Verfahren abfallfrei und verwendet ausschließlich ungiftige, recycelbare und biologisch abbaubare Lösungsmittel, um das Lignin in Benzazepinderivate umzuwandeln. Die neuen Wirkstoffe zeigen eine krebshemmende und/oder antibakterielle Aktivität in den entsprechenden Zellen und sind damit ein vielversprechender Ausgangspunkt für die Entwicklung zukünftiger Arzneimittel.

Die Forschungsarbeiten wurden gefördert vom Europäischen Forschungsrat (ERC), über das Programm „Talent Scheme“ des Niederländischen Forschungsrates (NWO) sowie aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft.

Originalpublikation:
S. Elangovan, A. Afanasenko, J. Haupenthal, Z. Sun, Y. Liu, A. K. H. Hirsch, K. Barta: From Wood to Tetrahydro-2-benzazepines in Three Waste-Free Steps: Modular Synthesis of Biologically Active Lignin-Derived Scaffolds. ACS Central Science 2019, doi: 10.1021/acscentsci.9b00781

Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS)
ist ein Standort des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und wurde im August 2009 vom HZI und der Universität des Saarlandes gegründet.
www.helmholtz-hzi.de/hips

Prof. Dr. Anna K. H. Hirsch ist Leiterin der Abteilung „Wirkstoffdesign und Optimierung“ am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) und Professorin für Medizinische Chemie an der Universität des Saarlandes.
(Kontakt: Tel.: 0681 98806 2100, E-Mail: Anna.Hirsch(at)helmholtz-hips.de)