Was ist Chinuclidin?
Chinuclidin (englisch: quinuclidine) ist ein heterocyclisches Amin mit der chemischen Formel C7H13N.
Es wird auch 1,4-Ethanopiperidin genannt. Es hat ein Molekulargewicht von 111,18, eine CAS-Nummer von 100-76-5, eine Dichte von 1,025 g/cm³ und einen Schmelzpunkt von 158 °C.
Der IUPAC-Name lautet 1-Azabicyclo[2.2.2]octan-1-Azabicyclo[2.2.2]octan. Es ist ein farbloser bis milchig-weißer Feststoff, der sublimierbar ist. Als Naturprodukt ist es bekanntlich im Gerüst von Chinin, einem bekannten Alkaloid, enthalten.
Anwendungen von Chinuclidin
1. Ausgangsstoff
Zu den Verwendungen von Chinuclidin gehören Ausgangsstoffe für Arzneimittel und funktionelle Materialien. Es gibt viele Naturprodukte, die das Chinuclidin-Skelett enthalten, ein typisches Beispiel ist Chinin, das auch als spezielles Medikament gegen Malaria bekannt ist.
Chinin wird in der Regel in Form von Salzen wie Chininhydrochlorid oder Chininsulfat verwendet, um seine Wasserlöslichkeit zu erhöhen, und zeichnet sich durch seine spezifische Toxizität für Plasmodium falciparum aus. Plasmodium falciparum malariae nimmt Hämoglobin in Erythrozyten auf und nutzt es als Nahrung.
Bei der Verstoffwechselung von Hämoglobin entsteht jedoch Häm, das für Plasmodium falciparum giftig ist. Plasmodium falciparum vermeidet die Toxizität, indem es das Häm durch Häm-Polymerase polymerisiert und dadurch entgiftet. Die vorherrschende Theorie besagt, dass Chinin seine Toxizität gegen Plasmodium durch Hemmung dieser Häm-Polymerase ausübt.
Neben Chinin gibt es zahlreiche andere Naturstoffe mit Chinuclidin-Gerüst, die verschiedene physiologische Wirkungen besitzen. Ihre asymmetrische Synthese wurde in den letzten Jahren untersucht, und Chinuclidin wird als Ausgangsmaterial für die Synthese dieser Stoffe verwendet.
2. Katalyse
Wie bereits erwähnt, besitzt Chinuclidin starke nucleophile Eigenschaften, und diese deutlich höhere Nucleophilie wurde auch für seine Verwendung als Katalysator genutzt. Insbesondere wird es als Katalysator für die Additionsreaktion von Alkenen an Aldehyde (Morita-Baylis-Hillman-Reaktion) verwendet.
Das Chinuclidin-Skelett kann funktionalisiert werden, um einen chiralen Punkt zu erhalten, und diese Eigenschaft kann genutzt werden, um einen chiralen Punkt in Verbindungen einzuführen. Es ist auch eine wichtige Struktur für die Herstellung von asymmetrischen synthetischen Katalysatoren.
Funtionsweise von Chinuclidin
1. Physikalische Eigenschaften
Chinuclidin hat einen charakteristischen [2.2.2]Bicyclooctanring und eine interessante organisch-chemische Struktur. Aufgrund seiner niedrigen planaren Struktur hat es auch die Eigenschaft, besser löslich zu sein als normale Aminverbindungen.
2. Chemische Eigenschaften
Chinuclidone, bei denen die 2-Position des Chinuclidins durch eine Carbonylgruppe ersetzt ist, sind Amide, lassen sich jedoch leicht hydrolysieren und weisen andere Eigenschaften als gewöhnliche Amide auf, wie die Bildung von Carbonsäure- und Aminsalzen. In gewöhnlichen Aminen ist das nicht-kovalente Elektronenpaar des N-Atoms mit dem Pi-Orbital des Carbonylkohlenstoffs und des Sauerstoffs konjugiert, wodurch der Carbonylkohlenstoff weniger elektrophil ist.
Im Fall von Chinuclidin verhindert die sterische Ringstruktur jedoch, dass die nicht kovalenten Elektronenpaare mit den π-Orbitalen des Carbonylkohlenstoffs und des Sauerstoffs konjugieren, was zu einer relativ hohen Elektrophilie des Kohlenstoffs führt, weshalb er für einen nukleophilen Angriff durch Wassermoleküle anfällig ist.
Auch Chinuclidin ist wesentlich nucleophiler als normale Aminverbindungen. Dies liegt daran, dass das nicht-kovalente Elektronenpaar bei normalen Aminen aufgrund der konstanten Inversion nicht fixiert ist, während es bei Chinuclidin durch die Ringstruktur fixiert ist. Ein weiterer Grund für die starke Nukleophilie ist das Fehlen sterischer Hindernisse um das Stickstoffatom.
Weitere Informationen über Chinuclidin
Gefahr
Chinuclidin ist in der GHS-Einstufung als akut toxisch, hautverätzend/reizend und augenreizend eingestuft. Es gelten jedoch keine gesetzlichen Bestimmungen nach dem PRTR-Gesetz und dem Gesetz zur Kontrolle giftiger und schädlicher Stoffe.