21.07.2021 - Universidad de Huelva

Endlich getrennt und frisch gebunden

Amidierung leichter Alkane

Die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen von Alkanen sind nur sehr schwer zu „knacken“, um Wasserstoffatome durch andere Atomgruppen zu ersetzen – allen voran diejenigen an den Molekülenden, wo drei Wasserstoffatome an einem Kohlenstoff hängen. Methan (CH4) und Ethan (CH3CH3) haben nur solche besonders fest gebunden Wasserstoffatome. In der Zeitschrift Angewandte Chemie beschreibt ein Forschungsteam jetzt, wie sie diese unter Knüpfung von Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen (Amidierung) aufbrechen.

Gelänge es, die C-H-Bindungen von Kohlenwasserstoffen auf einfache Weise zu spalten, könnte man komplexe organische Moleküle, z.B. Arzneimittel, wesentlich bequemer und direkter auf Basis von Erdöl synthetisieren. Auch für das Recycling von Kunststoffabfällen könnten sich neue Wege eröffnen. Besonders interessant ist die Knüpfung von Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen, die in Naturstoffen eine wichtige Rolle spielen. In Form von Amidbindungen knüpfen sie etwa die einzelnen Aminosäuren zu Proteinen.

Während bereits einige Erfolge bei der Funktionalisierung der schwereren Kohlenwasserstoffe, auch an den Endpositionen, erzielt wurden, lassen sich die besonders starken C-H-Bindungen leichter Alkane, allen voran Methan, kaum spalten. Dabei wäre gerade die Nutzung dieser Hauptbestandteile von Erdgas als Synthesebausteine besonders wünschenswert, um dieses oft verschwendete Nebenprodukt der Erdölförderung sinnvoll zu nutzen.

Dem Team um Ana Caballero und Pedro J. Pérez (Universidad de Huelva, Spanien) sowie John F. Hartwig (University of California, Berkeley, USA) ist jetzt eine Kupplung von Amiden (stickstoffhaltige organische Verbindungen) an leichte Alkane unter Abspaltung eines Wasserstoffatoms gelungen. Produkte dieser „dehydrogenierenden Amidierungen“ sind sogenannte N-Alkyl-Amide.

Ausgangspunkt war die bereits vor einigen Jahren von der Hartwig-Gruppe entwickelte Amidierung von C-H-Bindungen schwererer Alkane mit einem Kupfer-basierten Katalysator und Di-tertiär-Butylperoxid als Oxidationsmittel. Eine Variation des Katalysators brachte nun den Erfolg: Trägt das Kupfer Liganden vom Phenanthrolin-Typ (aromatisches stickstoffhaltiges System aus drei Sechsringen), ließen sich hohe Ausbeuten bei der Reaktion von Ethan mit Benzamid – sowie einer Reihe weiterer Amide – in Benzol als Lösungsmittel, aber auch in umweltfreundlichem überkritischem Kohlendioxid erzielen. Diese Reaktion mit Ethan ist eine ungewöhnliche C-N-Bindungsbildung mit einer nicht-aktivierten primären C-H-Bindung.

Propan, n-Butan und iso-Butan lieferten analoge Ergebnisse. Dabei korreliert die Reaktivität bei den leichten Alkanen wesentlich stärker mit der Dissoziationsenergie der C-H-Bindungen als bei höheren Alkanen.

Und Methan? Auch mit dem schwierigsten Kandidaten – eine Amidierung von Methan wurde bisher nie beobachtet – konnte ein Erfolg verbucht werden. Durch Isotopen-Versuche wurde belegt, dass Methan zu N-Methyl-Benzamid reagiert.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Alkane
  • Amide

Mehr über UC Berkeley

  • News

    Unsichtbares sichtbar machen

    Wissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena, der University of California Berkeley und dem Institut Polytechnique de Paris nutzen intensives Laserlicht im extrem ultravioletten Spektrum, mit dem sie einen nichtlinear optischen Prozess im Labormaßstab erzeugen, wie es bislang nur ... mehr

    Programmierbare synthetische Materialien

    In der DNA ist die Information in der Abfolge chemischer Bausteine gespeichert, in Computern bestehen Information aus Sequenzen von Nullen und Einsen. Dieses Konzept wollen Forscher auf künstliche Moleküle übertragen. Künstliche Moleküle könnten eines Tages die Informationseinheit einer neu ... mehr

Mehr über Angewandte Chemie

  • News

    Herumgereichte Elektronen

    Durch Licht ausgelöste Ladungsübertragungen (Charge-Transfer) sind eine interessante elektronische Eigenschaft von Berliner Blau und einigen analog aufgebauten Verbindungen. Ein Forschungsteam konnte jetzt die ultraschnellen Prozesse bei der lichtinduzierten Ladungsübertragung zwischen Eise ... mehr

    Kristalle passend gemacht

    Das Substrat passt in sein Enzym wie ein Schlüssel ins Schlüsselloch – diese Veranschaulichung hinkt etwas. Denn die Bindung des Substrats kann auch das „Schlüsselloch“ (die Struktur des Enzyms) so verändern, dass es perfekt passt (Induced Fit). Ein internationales Forschungsteam stellt in ... mehr

    Schaltbare IR-aktive organische Pigmente

    In der Photosynthese und der organischen Photovoltaik wandeln Pigmente Licht in elektrische Ladung um. Wissenschaftler haben nun ein ungewöhnliches organisches Pigment hergestellt, das sich durch elektrische Ladung „anschalten“ und dann zu einem intensiven Farbstoff wird, der Licht im Nahin ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: