Chiral Pool

Definition und Funktionsweise

Der „Chiral Pool“ bezeichnet in der Chemie die Gesamtheit der enantiomerenreinen Stoffe, die aus der Natur verfügbar sind. Enantiomere sind spiegelbildliche Formen eines chiralen Moleküls; enantiomerenrein bedeutet, dass praktisch nur eine dieser Formen vorliegt. Zu den typischen Stoffgruppen des Chiral Pools gehören L-Aminosäuren, D-Kohlenhydrate, Alkaloide und Terpene. Viele dieser Naturstoffe sind in großen Mengen und preisgünstig erhältlich.

Anders als die Produkte vieler chemischer Synthesen liegen chirale Naturstoffe in der Regel enantiomerenrein vor. Deshalb eignen sie sich als Ausgangsstoffe, auch Edukte genannt, für die chemische oder biotechnische Herstellung weiterer enantiomerenreiner Verbindungen, etwa pharmazeutischer Wirkstoffe.

Heute umfasst der Chiral Pool außerdem industriell in nennenswertem Maßstab erzeugte enantiomerenreine Stoffe. Sie können durch Racematspaltung, enantioselektive Synthese oder die Derivatisierung enantiomerenreiner Naturstoffe gewonnen werden. Bei der Racematspaltung wird ein racemisches Gemisch, das beide Enantiomere enthält, getrennt. Eine enantioselektive Synthese erzeugt bevorzugt eines der beiden Enantiomere. Bei einer Derivatisierung wird ein vorhandener enantiomerenreiner Stoff chemisch verändert.

Bedeutung für Arzneistoffe

Enantiomerenreine Verbindungen sind besonders in der Medizin wichtig, weil die beiden Enantiomere eines Arzneistoffes unterschiedliche pharmakologische Wirkungen besitzen können. Das unerwünschte Enantiomer kann vollständig unwirksam sein oder sogar Schädigungen hervorrufen.

Neu zugelassene chirale Arzneistoffe werden deshalb heute praktisch immer als enantiomerenreine Substanzen angeboten. Zulassungsbehörden wie die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) verlangen andernfalls für beide Enantiomere getrennte pharmakologische und pharmakokinetische Belege, die ihre gleiche Wirksamkeit nachweisen. Pharmakokinetik beschreibt dabei, wie ein Stoff im Körper aufgenommen, verteilt, umgewandelt und ausgeschieden wird. Ein solcher Gleichheitsnachweis ist faktisch nur bei den seltenen Arzneistoffen möglich, die unter physiologischen Bedingungen leicht racemisieren, also zwischen ihren enantiomeren Formen wechseln.

Die Nutzung eines Stoffes aus dem Chiral Pool als Edukt ist eine Alternative zur direkten enantioselektiven Synthese und zur nachträglichen Auftrennung racemischer Gemische.

Typische Stoffe und Anwendungen

Allgemeine Beispiele für Stoffgruppen des Chiral Pools sind:

• L-Aminosäuren
• D-Kohlenhydrate
• Terpene
• Alkaloide

Konkrete Beispiele sind Campher, Menthol, Citronellol, Limonen und optisch aktiver Gärungsamylalkohol, also (S)-(−)-2-Methylbutanol.

Aus Stoffen des Chiral Pools lassen sich weitere chirale Substanzen herstellen. Das Enders-Reagenz SAMP/RAMP wird aus L- beziehungsweise D-Prolin synthetisiert. Auch das CBS-Reagenz entsteht aus L-Prolin. Alpine-Boran kann aus Pinen hergestellt werden.