Lachgas synthetisch nutzen
- Neues aus der Fakultät 2026
Lachgas (N2O) ist ein äußerst reaktionsträges Molekül, das unter anderem aufgrund dieser Eigenschaft als sehr schädliches Treibhausgas gilt. Aus Syntheseperspektive birgt N2O jedoch großes Potenzial, da es als kostengünstiges und sicheres N2-Transferreagenz zum Aufbau diverser stickstoffhaltiger Substanzklassen genutzt werden könnte. Bis auf wenige Ausnahmen steckt diese Nutzung noch in ihren Kinderschuhen, was größtenteils auf die kinetische Trägheit von N2O zurückzuführen ist. Für eine N2O-Aktivierung mit dem Ziel eines N2-Transfers auf ein organisches Substratmolekül bedarf es typischerweise des Einsatzes von Li-Organylen oder speziellen C-Nucleophilen, beispielsweise stark polarisierten Olefinen oder Carbonen. Die damit einhergehende geringe funktionelle Gruppenkompatibilität sowie das äußerst eingeschränkte Substratspektrum machten die N2O-Nutzung als Reagenz für die organische Synthese bislang unattraktiv.
Diese Einschränkung konnte nun von der Arbeitsgruppe Hansmann überwunden werden. Wie die Forschenden berichten, können zum Zwecke der N2O-Aktivierung auch gängige Phosphor-Ylide eingesetzt werden. Diese reagieren in einer Eintopfreaktion unter milden Bedingungen mit N2O zu den entsprechenden Diazoalkanen, die wiederum durch intra- und intermolekulare Abfangreaktionen zu wertvollen stickstoffhaltigen Substanzklassen umgesetzt werden können (s. Abb. 1). Entgegen der bislang genutzten C-Nucleophile, sind Phosphor-Ylide etabliert und gehören zum Standardrepertoire der organischen Synthese, da diese leicht in situ durch Deprotonierung der korrespondierenden Phosphoniumsalze generiert werden können. Diazoalkane stellen aufgrund ihrer hohen Reaktivität eine besonders vielseitige Substanzklasse dar, die jedoch ein gewisses Gefahrenpotential aufweist und für gewöhnlich durch Diazo-Transferreaktionen unter zur Hilfenahme von potenziell explosiven Aziden oder toxischen Hydrazinen synthetisiert werden. Die von der Arbeitsgruppe Hansmann entwickelte Strategie umgeht nun diese Nachteile, indem sicheres N2O als Reagenz für die Synthese genutzt wird und das intermediär erzeugte Diazoalkan ohne Isolierung in ein breites ungefährliches Produktspektrum überführt wird. Mithilfe von DFT-Rechnungen konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass der Diazotransfer vermutlich einem stufenweisen Reaktionsmechanismus folgt, der mechanistisch dem (3+2)/retro-(3+2)-Prozess einer Ozonolyse ähnelt.