Apparative Entdeckungsmethode neuer Reaktionen

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Meine Frage:
Man koennte doch 1000 verschiedene Stoffe in einem Loesungsmittel in einem Kolben mischen, diesen heizen, kuehlen, und dann den Inhalt der analytischen Hochdruckchromatographie zufuehren. Vielleicht auch einer besseren Chromatographiemethode aus 2 Chromatographiesaeulen in den Laengsseiten des rechteckigen Kreislaufs und 2 Serialverdampfern in den Schmalseiten, in denen sichelfoermige Pfuetzen in der excentrischen Verdampferschnecke im Zentrifugalfeld, weiter getrieben werden. Die Fraktionen der kleinen Stoffmengen werden der Spurenanalyse wie der Massenspektrometrie zu gefuehrt. Bekannte Stoffe haben bekannte Positionen im Chromatogramm, neue Verbindungen sind an neuen Plaetzen zu finden. Die in der Massenspektrometrie erfolgende Thermolyse ermoeglicht erste Hinweise auf die Strukturformel der neuen oder bekannten Verbindung. Besteht ein Interesse, werden diese Experimente sukzessive mit immer weniger Inhaltsstoffen, wiederholt, bis die interessante neue Reaktion isoliert wurde.

Lohnt sich dieses Unterfangen, um neue Reaktionen zu entdecken, wofuer sicherlich nicht allzu teure Ausgangsstoffe verwendet werden ?

Meine Ideen:
Effektives Probieren mittels vielen Kreuzreaktionen in einer Loesung.
Verbesserte Chromatographiemethode.

OC-Gast · Gast

Dir scheint etwas in Richtung kombinatorische Chemie ,bzw. Parallelsynthesen
vorzuschweben(z.B. Peptidic catalysts developed by combinatorial
screening methods ).
Aber so wie du es dir vorstellst,wäre das in der Regel nicht sinnvoll.
Schon aus einfachsten Verbindungen können relativ komplexe entstehen,was man beim Miller-Urey-Experiment(u.ä. Versuchen) etndeckte.
Heutzutage ist man oft mehr an gezielten Synthesen interessiert,die gut reproduzierbar sind.Die Analytik wird dem jeweiligen Experiment angepaßt.

OC-Gast.

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Sicher, man will gerne eine bestimmte Strukturformel synthetisieren. Aber man greift dabei doch auf bekannte Namensreaktionen zurueck. Und woher weiss man die ? Quantensimulatoren auf klassischen wie Quantencomputern liegen wohl immer noch arg daneben !

chemiewolf · Anmeldungsdatum: 06.07.2022 Beiträge: 476 Wohnort: Rheinhessen

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Woher weisst Du das ? Sind die Namensreaktionen echt schon alle entdeckt ? Es gibt doch neue nicht allzu komplexe, siehe chemie-nobelpreis.

imalipusram

Wenn Du auch nur 10 Stoffe zusammenmischt, die potentiell miteinander reagieren können, und drauf rumkochst, bekommst Du einen solchen Haufen Schlunz, daß Du den nicht mehr aufdröseln kannst. Viele Verbindungen aus 2 Edukten reagieren ja weiter. Hier müßte man wenigstens isotopenmarkierte Edukte einsetzen, um halbwegs rauszubekommen, wer mit wem reagiert hat. Da muß man eher überlegt vorgehen. Wenn man dann seinen Versuch ordentlich aufarbeitet und sich regelmäßig am HPLC-MS/MS austobt, findet man durchaus interessante Clues. Man muß nur wollen und auch die Zeit und das Geld dafür haben, um das dann auch auszuarbeiten. Macht halt auch nicht jeder.

In der Praxis läuft das oft so, daß ein Versuch nicht so verläuft, wie geplant und man dann untersucht warum (und die Pampe nicht einfach wegwirft, siehe Wittigs Abgußexperiment) oder daß man geniale Verfahren aus der Natur übernimmt und weiterentwickelt (zB die CBT-Click-Reaktion, mit der die Glühwürmchen ihr Luziferin zusammenbasteln).

Nobelpreise gibts für geniale und nützliche Entdeckungen, wie zB die verschiedenen Generationen der Click-Chemie (Carolyn Bertozzi, Morten Meldal und Barry Sharpless, 2022) oder auch Directed Evolution (bzw. was man mit den so erzeugten Enzymen machen kann, Frances Arnold, 2018, kommerzialisiert von www.aralezbio.com). Eine neue Reaktion zu entdecken, reicht da meistens leider nicht.

Kombinatorik ist mE eher das Gegenteil. Da legt man die Reaktivitäten ja genau fest und erzeugt durch parallele Reaktionen Diversität. Wenn man das in einem Topf macht, braucht man schnell wieder Hilfsmittel wie zB Barcoding, um den Überblick zu behalten.

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Das passierte ja auch mit dem Chemieabfall der einstigen DDR-Chemiebetriebe, dass die Stoffe im Grundwasser weiter reagierten. Oftmals zu giftigeren Verbindungen. Das mit dem Barcode bekommt man doch hin. Hast Du es ganz gelesen ? Man macht den Schlunz,
trennt ihn, analysiert die Reaktionsprodukte, Ist was interessantes dabei, dann macht man das nochmal. Die Zutatenliste muss man natuerlich vorher aufschreiben, was man zuerst zusammen geschmissen hat. Und im naechsten Versuch, streicht man aus der Liste beispeilsweise ein Drittel der Zutaten. Und trennt und analysiert es wieder, vielleicht auch nur die interessante Fraktion. Ist es dabei, kann man es weiter eingrenzen. Wenn nicht, dann wird eben ein anderes Drittel der Zutaten aus der ersten Liste gestrichen. Das wurde nicht allzu viele Schritte benoetigen, bis man wirklich, die interessante neue Reaktion isoliert hat.

Oder laesst die Vielzahl der Verbindungen doch das interessante Produkt wieder kapputt reagieren ? Dann gehts vielleicht mit schnellerer Versuchsfuehrung ! Eine geringere Konzentration waere auch fuer die chromatographische Trennung nicht ganz optimal.

Ausserdem muss man sich ja gar nicht so sehr aufs Detail versteifen, wer nun mit wem reagiert hat. Auch bei den abzentrifugierten oder abfiltrierten Ausfeallungen koennte einem was durch die Lappen gehen. Am Ende muss was kapitalbringendes dabei heraus kommen !

Nagut. Wenn das so nicht klappt, nimmt man hat eine Waermekamera, oder eine Matrize von Temperatursensoren, absolut oder differentiell, und druckt es halt mit dem Tintenstrahldrucker etwas sortenreiner in vielen getrennten Versuchen drauf. Reaktionen verraten sich durch ihre Waermeentwicklung.

imalipusram

Du nimmst an, daß Reaktionen mit 100% Ausbeute und nur in eine Richtung laufen. Das ist idR so im Leerbuch, in der Praxis siehts leider anders aus; da ist man schon froh, wenn das gewünchte Produkt zu 80% rauskommt. Die Nebenreaktionen sind meistens kaum untersucht. Genau hier kann man ansetzen und dann die Reaktionsbedingungen so modifizieren, daß ein vormaliges Nebenprodukt zum Hauptprodukt wird.

Aber: ereits wenn man nur 10 Reaktionsprodukte aus einem Ansatz charakterisieren oder gar isolieren will, hat man als Praktiker einen Alptraum, der einen idR mehrere Tage lang beschäftigt.

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Das Problem wird dadurch nicht besser.

chemiewolf · Anmeldungsdatum: 06.07.2022 Beiträge: 476 Wohnort: Rheinhessen

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Sicher, die feine wild gemischte Feststoff-Ausfaellung zu trennen, wuerde doch einen horrenden technischen Aufwand bedeuten. Alles in dieser Welt ist eine Frage der Verhaeltnissmaessigkeit. Es gibt mittlerweile hoch entwickelte, spurenalalytische Methoden. Beispielsweise genuegt eine Abwasserprobe im Klaerwerk, um den durchschnittlichen Kokainkonsum der Gesellschaft, recht akkurat zu bestimmen. Daher meine Frage. Ist diese Spurenanalytik auch so fein, wenn es sich um neue, unbekannte Substanzen handelt ?

OC-Gast · Gast

Du scheinst etwas falsche Vorstellungen von Synthese- und analytischer Chemie zu haben.
Natürlich kann man mittels moderner Spuren- und Ultraspurenanalytik wirklich sehr kleine Mengen von Analyten in verschiedensten Materialien nachweisen.
Aber der Vergleich von Giftnachweisen in der Forensik zeigt,daß in der Regel nicht alles in einer Probe identifiziert werden kann,wenn es nicht schon bekannt ist oder ähnliche Verbindungen.
Man macht zuerst Standardverfahren,ein echte "Vollanalyse" wäre u.U. ein enormer Zeit- und Kostenaufwand.
Früher gab es ganze Doktorarbeiten,die sich bei einer bekannten Reaktion mit klar isolierten und charakterisierten Verbindungen nicht um die Hauptprodukte kümmerten,sondern um den "Schlunz".
Anspruchsvoll,jedoch geht man heuzutage üblicherweise nicht auf Suche nach Zufallsprodukten.
Wichtig bleibt jedoch,bei einem geplanten Experiment/Versuch genau auf das Ergebnis zu schauen,bzw. die Produkte.Es kann interessant sein,auch wenn etwas nicht das erwartete Produkt liefert.

OC-Gast.

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Wenn dies einen horrenden Zeit- und Kostenaufwand bedeutet, dann ist diese Methode, nicht praktikabel. Aber man macht doch Chromatographie, oder ? Die trennt doch alles sortenrein. Kriegt man dann nicht raus, dass da doch eine kleine Spur von einer neuen Substanz drin ist, wenn man die Fraktionen eindampft ? Vielleicht in einer glaesernen Schnecke voller Kuhlen, oder so mit den getrennten Fraktionen, vielleicht unter Anwendung von Zentrifugalkraft, unter anschliessender Laserbestrahlung, zur Thermolyse zur Massenspektroskopie im Vakuum ? Letztlich haengts wohl an den verfuegbaren apparativen Moeglichkeiten. Ich habe mich mal rein gedacht, siehe Ersttext, vielleicht leasst sich die Chromatographie noch verbessern !

OC-Gast · Gast

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Danke fuer die Stichworte. Ich recherchiere mal.

Sicher, das Massenspektrum schafft doch nicht gleich die volle Strukturanalyse. Die wuerde ja erst danach kommen. Wenn die Reaktion isoliert ist und mehr von der neuen Verbindung
erzeugt wurde. Erstmal kann aber doch nachgewiesen werden, da ist was neues. Halt ein winziger Kristall eines Feststoffs in der Eindampfungskuhle ?? Den muesste bei leitfaehiger Eindampfungskuhle, auch noch schemenhaft, das Rasterelektronenmikroskop, erkennen koennen.

chemiewolf · Anmeldungsdatum: 06.07.2022 Beiträge: 476 Wohnort: Rheinhessen

wäre die von dir vorgeschlagene Vorgehensweise erfolgversprechend, würde der Ansatz bestimmt verfolgt werden. Dies ist imho aber nirgends der Fall. D.h. niemand ist Willens, in einen solchen Ansatz zu investieren.

willy · Anmeldungsdatum: 22.07.2020 Beiträge: 272

Der oben geschilderte Ansatz ist so sicher nicht praktikabel.
Allerdings würde es sich schon lohnen, den "Schlonz", den man oft produziert, genauer zu untersuchen. Leider hat man dazu nicht die Zeit.

Ich erinnere mich hier an einen Fall bei uns, wo ein Doktorand sich mal die Mühe gemacht hat und gewisse Nebenreaktionen, die ihn störten genauer untersucht hat. Normalerweise verwirft man sowas einfach und probiert was anderes. Das, was man nicht haben will, interessiert normalerweise nicht.
Er fand dann ein bisher unbekanntes, kleines Molekül, das auch stabil war, Molmasse < 200. Das ist schon was besonderes.

N2 · Gast

"Er fand dann ein bisher unbekanntes, kleines Molekül, das auch stabil war, Molmasse < 200. Das ist schon was besonderes."

Also ich finde das jetzt nicht sonderlich bemerkenswert. Während meiner Dissertation habe ich diverse Moleküle (Zwischenverbindungen) synthetisiert, die völlig banal waren und wo ich felsenfest überzeugt war, die würde ich bei einer SciFinder Recherche finden (das macht man ja als erstes). Aber ich fand sie nicht.

Von daher überrascht es micht da kaum, das bei den zahlreichen Nebenreaktionen, die bei (komplexeren) Reaktionen ablaufen (können), unbekannte kleine Moleküle zu finden sind.

Aber aus reinem Interesse: Wie heißt den dieses Molekül? Big Laugh

willy · Anmeldungsdatum: 22.07.2020 Beiträge: 272

Leider weiß ich das nicht mehr, es war irgendein 5-Ring.

imalipusram

Ist ja auch nicht ungewöhnlich: Was nicht in einem Paper beschrieben wurde oder von irgendjemandem synthetisiert (oder wenigstens angeboten wird) und verkauft wird, landet nicht in der Datenbank des SciFi.

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Im uebrigen.

Es wuerde eh keinen Sinn bei dieser Art von Versuchsfuehrung machen, Stoffe auszuwaehlen, wie Natrium und Salzsaeure, die ganz sicher miteinander reagieren !
Diese Art von Versuchsfuehrung waere moeglicherweise fuer jene Verbindungen geeignet, die den gaengigen Theorien zur Folge, hoechstwahrscheinlich, nicht miteinander reagieren !

OC-Gast · Gast

Mickymaus · Anmeldungsdatum: 18.07.2023 Beiträge: 15

Beim Urey-Miller-Experiment sind die Bedingungen etwas drastischer. Da laesst man Blitze durch die Mixtur aus Wasserdampf, Methan, Ammoniak und Wasserstoff schlagen. Die
zerspalten es natuerlich in Ionen, Atome, Radikale und andere energiereiche Fragmente, die sich dann auf vielfaeltige Weise reorganisieren. Wuerde mich auch mal interessieren, was so dabei heraus kommt, wenn man mit hochenergetischer Elektronenbeta oder Gammastrahlung auf organischen Verbindungen herum grillt. Bestimmt auch jede Menge Schlonz ! Plexiglas jedenfalls wird gebraeunt.

chemiewolf · Anmeldungsdatum: 06.07.2022 Beiträge: 476 Wohnort: Rheinhessen