Chemiker*innen erzielen Durchbruch: Moleküle "editieren" statt neu bauen
Moderne Wirkstoffforschung macht einfache Testungen von hunderten Varianten eines Moleküls möglich
Seit mehr als hundert Jahren bauen Chemiker*innen komplexe Moleküle Schritt für Schritt auf – Bindung für Bindung, Atom für Atom. Doch was wäre, wenn man Moleküle nicht mehr mühsam neu zusammensetzen müsste, sondern sie direkt "umschreiben" könnte? Genau das ist nun einem Forschungsteam um den organischen Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien gelungen. In einer nun veröffentlichten Arbeit beschreiben die Forscher*innen eine Methode, mit der sich eine der wichtigsten Molekülklassen der Chemie – sogenannte N-Methylamine – direkt und gezielt in deutlich komplexere Strukturen umwandeln lässt. Damit schaffen die Forscher*innen die Grundlage für die moderne Wirkstoffforschung – mit der neuen Methode können hunderte Varianten eines Moleküls einfach getestet werden. Die Arbeit erschien in "Nature Chemistry".
"Amine sind überall. Proteine, Medikamente, Neurotransmitter – praktisch alle biologischen Prozesse hängen von Aminen ab. Umso wichtiger ist die Möglichkeit, solche Strukturen direkt und selektiv verändern zu können", sagt Uroš Vezonik, Doktorand in der Maulide-Gruppe an der Universität Wien und Co-Erstautor der Studie. "Amine sind durch ihre besonderen Eigenschaften essenzielle Bestandteile aller Strukturen des Lebens. Und weil Organismen so gut mit Aminen umgehen können, haben auch nicht-natürliche Amine oft großen Einfluss auf biologische Systeme", so Nuno Maulide
Moleküle editieren statt neu bauen
Im Zentrum der Arbeit steht ein Problem, das die Synthesechemie seit Jahrzehnten beschäftigt: die selektive Modifikation sogenannter sekundärer N-Methylamine, also Verbindungen deren Stickstoffatom (Amin) eine Methylgruppe (CH₃) trägt. Diese Strukturen finden sich in zahllosen pharmazeutischen Wirkstoffen und biologisch aktiven Molekülen.
Bislang erforderte ihre gezielte Veränderung meist komplizierte Mehrstufensynthesen oder die Verwendung empfindlicher Metallkatalysatoren. Die nun vorgestellte Methode verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz: Statt komplexe Moleküle komplett neu aufzubauen, wird lediglich ein kleiner Teil des Moleküls ausgetauscht – gewissermaßen eine molekulare "Textkorrektur". Dafür verwenden die Forschenden einfache Alkene, also leicht verfügbare Kohlenwasserstoffverbindungen, um die Methylgruppe eines Amins direkt durch deutlich komplexere Fragmente zu ersetzen. Das Team bezeichnet dieses Prinzip als "Alkyl Swap". "Das Faszinierende daran ist die Einfachheit", erklärt Daniel Kaiser von der Universität Wien, Mitautor der Studie. "Man kann hochkomplexe Moleküle an einer ganz bestimmten Stelle verändern, ohne das restliche Molekül anzutasten."
"Badewannenchemie" – neue Reaktion unter erstaunlich leichten Bedingungen möglich
Besonders bemerkenswert ist dabei die Robustheit der Reaktion. Viele moderne Methoden zur Funktionalisierung von Aminen benötigen streng wasser- und sauerstofffreie Bedingungen, spezielle Photokatalysatoren oder empfindliche Reagenzien. Die neue Reaktion hingegen funktioniert unter erstaunlich einfachen Bedingungen – und wird von Maulide deshalb als "Badewannenchemie" bezeichnet. "Die Reaktion ist so einfach, dass man sie theoretisch auch in einer (beheizbaren) Badewanne durchführen könnte", erläutert Maulide. "Natürlich empfehlen wir trotzdem ein Labor", scherzt er.
Giulia Iannelli, Co-Erstautorin und ehemalige Postdoktorandin in der Maulide Gruppe bekräftigt: "Wir sind somit in der Lage, komplexe Amine zu funktionalisieren die in dieser Form mit keiner anderen bisher bekannten Methode umgewandelt werden könnten. Das macht diesen Prozess so wertvoll."
Durchbruch für moderne Wirkstoffforschung
Um die Leistungsfähigkeit der Methode zu demonstrieren, testete das Team die Reaktion an einer Vielzahl pharmazeutisch relevanter Moleküle. Darunter befanden sich Derivate bekannter Wirkstoffe wie Fluoxetin, Duloxetin, Sertralin, Atomoxetin oder Citalopram. Darüber hinaus gelang die direkte Synthese mehrerer kommerziell wichtiger Arzneistoffe in nur einem einzigen Reaktionsschritt.
Die Methode erwies sich außerdem als geeignet für die späte Modifikation komplexer Wirkstoffmoleküle, Peptidfunktionalisierungen, die Synthese von Peptid-Wirkstoff-Konjugaten und die schnelle Herstellung medizinisch relevanter Molekülbibliotheken. Gerade in der modernen Wirkstoffforschung, wo oft hunderte Varianten eines Moleküls getestet werden müssen, könnte diese Strategie erhebliche Vorteile bringen.
Neue Denkweise in der Synthesechemie
Die Bedeutung der Arbeit liegt nicht nur in der konkreten Reaktion, sondern auch in der dahinterstehenden Logik. Während klassische Aminsynthesen meist auf Aldehyden und Reduktionsmitteln beruhen, nutzt die neue Methode einfache Alkene als stabile und leicht verfügbare Ausgangsstoffe.
"Uns begeistert vor allem die neue Art zu denken, die diese Methode ermöglicht", sagt Maulide. "Plötzlich werden Moleküle schnell und einfach zugänglich, die bislang synthetisch extrem aufwendig waren."
Was auf dem Papier verblüffend simpel aussieht – ein Amin, ein Alken und Formaldehyd in einem Reaktionsgefäß – könnte sich damit als neuer Baustein moderner Moleküleditierung etablieren.
Zusammenfassung:
• Chemiker*innen der Universität Wien gelingt ein Durchbruch in der modernen Wirkstoffforschung. Statt verschiedene Varianten von Molekülen für Testungen neu zu bauen, können sie nun gezielt verändert werden.
• Mit der neuen Methode können sogenannte N-Methylamine, eine der wichtigsten Molekülklassen der Chemie, direkt und gezielt in deutlich komplexere Strukturen umgewandelt werden.
• Dafür verwenden die Forscher*innen einfache Alkene, also leicht verfügbare Kohlenwasserstoffverbindungen, um die Methylgruppe eines Amins direkt durch deutlich komplexere Fragmente zu ersetzen.
• In der modernen Wirkstoffforschung, wo oft hunderte Varianten eines Moleküls getestet werden müssen, könnte diese Strategie erhebliche Vorteile bringen.
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Nuno Maulide im Podcast “An der Quelle”:
Im Podcast “An der Quelle” der Uni Wien war Nuno Maulide kürzlich zu Gast. Der ausgebildete Pianist und vielfach ausgezeichnete Chemiker denkt Kunst und Wissenschaft zusammen und sucht in neuen Molekülen nach Antworten auf Zukunftsfragen. Hier geht es zur Podcastfolge:https://rudolphina.univie.ac.at/podcast-folge-21-die-symphonie-der-synthesen
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Univ.-Prof. Dr. Nuno Maulide
Institut für Organische Chemie, Fakultät für Chemie
Universität Wien
1090 Wien, Währinger Straße 38
T +43-1-4277-521 55
M +43-664-60277-521 55
nuno.maulide@univie.ac.at
https://organicsynthesis.univie.ac.at/
Originalpublikation:
Alkyl swap platform for late-stage modification of secondary N-methyl amines.
Uroš Vezonik, Giulia Iannelli, Daniel Kaiser und Nuno Maulide.
Nature Chemistry, 2026.
DOI: 10.1038/s41557-026-02178-7
https://www.nature.com/articles/s41557-026-02178-7
Weitere Informationen:
https://www.univie.ac.at/aktuelles/press-room/pressemeldungen/detail/chemikerinnen-erzielen-durchbruch-molekuele-editieren-statt-neu-bauen
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