Angewandte Chemie

Metall-Radikal-Wechselwirkungen spielen bei vielen Biokatalysatoren, die Übergangsmetalle enthalten, eine zentrale Rolle. Das Titelbild zeigt die Struktur eines Dikupfer(II)-Komplexes mit einem Phenoxylradikal als Brückenligand. Die ferromagnetische Kopplung der drei Spins wird durch die schwarzen Pfeile angedeutet. In ihrer Zuschrift auf S. 442 ff. beschreiben F. Thomas et al. Synthese, Struktur und Eigenschaften dieses Komplextyps. Stabilität und Reaktivität werden von der Zahl der Metallzentren und der Art des koordinierenden Solvens bestimmt.

Biokatalyse: Moderne enzymatische Umsetzungen sind mittlerweile konkurrenzfähige Methoden zur Synthese komplexer organischer Verbindungen geworden. Am Beispiel der Statine werden die vielfältigen Möglichkeiten, die die Biokatalyse bei der Synthese eines Zielmoleküls bietet, geschildert. Statine wie das Rosuvastatin (siehe Abbildung) sind gute Inhibitoren für die Cholesterol-Synthese und dominieren damit den Markt für Cholesterol-senkende Medikamente.

Eine Frage der Größe: Kürzlich wurden Palladiumkomplexe mit elektronenreichen und sperrigen Liganden entwickelt, deren erhöhte Reaktivität in Kreuzkupplungen auf der Bildung ungesättigter [Pd⁰L]-Spezies beruht (siehe Schema; L=Phosphin oder Carben). Mithilfe dieser Katalysatoren können auch die wenig reaktiven Arylchloride zur Knüpfung von C-E-Bindungen (E=C, N, O, S) eingesetzt werden.

Wie ein Joker in einem Kartenspiel gewährleistet die Einführung eines Metalls in einen aromatischen oder heteraromatischen Baustein ein Maximum an Flexibilität in der Synthese (siehe Schema). Das Metall kann durch zahllose Elektrophile ersetzt werden, was den Zugang zu fast beliebig funktionalisierten Derivaten eröffnet. Das ultimative Ziel dieser „Werkzeugkasten-Methode“ ist es, jedes denkbare Substitutionsmuster auch praktisch zugänglich zu machen.

Richtungswechsel: Zum allerersten Mal konnten bei einem linearen Dipeptid im Festkörper zwei aufeinander folgende γ-Turns nachgewiesen werden. Eine α-Aminocyclopropancarbonsäure hat die große Tendenz von Prolin, die β-Turn-Konformation in Pro-Xaa-Dipeptiden zu induzieren, überkompensiert (siehe röntgenographisch bestimmte Struktur; blau N, rot O, gestrichelte Linien: H-Brücken).

Ausgebremst: Abhängig vom Trägheitsradius bleibt Molekülen die Fähigkeit zur Rotation in Zeolithkäfigen erhalten oder sie verlieren sie (siehe Bild). Diese Unterschiede in der rotationsbedingten Adsorptionsentropie führen dazu, dass verzweigte Alkane in Zeolithen wie MCM-22 besser aufgenommen werden als ihre linearen Strukturisomere, was die Trennung der beiden Molekültypen ermöglicht.

In nur einer Stufe gewährt eine Tandemreaktion Zugang zu einer Vielfalt substituierter N-funktionalisierter Indole. Das Stickstoffatom des Indolrings wird durch Pd-katalysierte Bildung einer C_Aryl-N- und einer C_Alkenyl-N-Bindung eingeführt (siehe Schema; dba=Dibenzylidenaceton); aliphatische und aromatische Amine, Amide, Carbamate und Sulfonamide reagieren effizient.

Symmetrische 1,3-Diine entstehen bei der oxidativen Homokupplung von Alkinylstannanen mit einem Aryldifluor-λ³-broman in Gegenwart von BF₃⋅Et₂O (siehe Schema, Ar=p-CF₃C₆H₄). Die Reaktion verläuft über eine Michael-Addition der Alkinylstannane an zuvor gebildete Alkinyl-λ³-bromane. Die Kreuzkupplung von Alkinyl-λ³-bromanen mit Alkinylstannanen liefert unsymmetrische 1,3-Diine (siehe Schema).

Beschichtetes Gold: Kern/Schale-Nanostrukturen entstehen spontan, wenn Goldnanopartikel mit amphiphilen Blockcopolymeren kombiniert werden. Die Polymervernetzung fixiert dann die Nanostruktur topologisch (siehe Bild). Die Dicke der Polymerschale sowie die optischen und chemischen Eigenschaften der gesamten Nanostruktur werden durch die molekularen Merkmale der verwendeten Blockcopolymere exakt festgelegt.

Besser als die Eltern: Die Phosphorylierung ortho-substituierter Binol-Derivate liefert einzähnige Phosphite (X=OR) oder Phosphoramidite (X=NR₂) mit Phosphor als stereogenem Zentrum (siehe Schema). Diese Verbindungen sind ausgezeichnete Liganden in Rhodium-katalysierten Olefinhydrierungen (95–99 % ee) – besser als die C₂-symmetrischen „Eltern“liganden.

Photoempfindliche selbstorganisierte Monoschichten (self-assembled monolayers, SAMs): Die erste durch Bestrahlung ausgelöste Umwandlung eines redoxaktiven molekularen Films gelang durch photochemische Anregung eines Ru₃-Clusters mit CO-Liganden auf einer Au(111)-Elektrode. Dissoziation von CO führt sauber zu einer H₂O-terminierten SAM (siehe Bild).

Photocytotoxisch und stabil ist das polymere Micellensystem, das in wässrigem Medium durch elektrostatische Assoziation aus einem anionischen dendrimeren Porphyrin und einem Polyethylenglycol-Poly(L-lysin)-Blockcopolymer entsteht (siehe Bild). Wegen seiner hydrodynamischen Größe (ca. 60 nm) sollte sich dieses polymere Micellensystem für die intravenöse Verabreichung bei der photodynamischen Tumortherapie eignen.

Das teilweise Ausrichten von Molekülen in polaren organischen Solventien für die Messung dipolarer Restkopplungen (RDCs) mit Hochauflösungs-NMR-Spektroskopie gelingt in gestreckten Polyvinylacetat-Gelen. Die Methode öffnet die Tür für die Strukturbestimmung mittels RDCs (z. B. durch D_CH-Kopplungen, siehe Bild) für Moleküle, die weder in Wasser noch in unpolaren Solventien löslich sind.

Organische Moleküle unterschiedlicher Komplexität werden durch ein DMSO-kompatibles Gel so ausgerichtet, dass dipolare C-H-Kopplungen bis 29 Hz beobachtbar sind. Dies ebnet den Weg zur simultanen NMR-spektroskopischen Bestimmung der Konformation und Konfiguration organischer Verbindungen und somit der Stereochemie von Naturstoffen, die nicht kristallisiert werden können (z. B. Hormaomycin, siehe Bild).

Katalytische Emulsionspolymerisation mit einem hydrophilen Katalysator lieferte außergewöhnlich kleine Polyethylenpartikel (<20 nm) als wässrige Dispersion. Die geringe Größe der Partikel lässt die Dispersionen transparent erscheinen (siehe Bild).

Auf dem Weg: Bei der Chlorierung von C₆₀ mit ICl oder VCl₄ werden zwei neuartige Chlorfullerene, C₁-C₆₀Cl₂₈ bzw. C₂-C₆₀Cl₃₀, gebildet, die aus zwei aromatischen Ringen und zwei Ketten aus sp³-hybridisierten Kohlenstoffatomen mit Chlorsubstituenten bestehen (das Bild zeigt C₆₀Cl₃₀; Cl grün). Diese Moleküle sind kinetisch inerte Intermediate auf dem Weg von C₆₀Cl₂₄ zum thermodynamisch stabilen D_3d-C₆₀Cl₃₀.

Reversibel bindet Disauerstoff in wässriger Lösung an eine Myoglobin-Modellverbindung aus einer Porphinatoeisen(II)-Einheit und einem vollständig O-methylierten β-Cyclodextrin-Dimer mit Pyridin-Linker (siehe Bild). Das System bindet Disauerstoff mit einer Affinität von 17.5±1.7 Torr, und die Halbwertszeit des O₂-Addukts beträgt 30.1 h (Phosphatpuffer, pH 7, 25 °C).

Die Kooperativität zwischen Metallzentren und einem verbrückenden Radikalliganden, die sich in ferromagnetischer Austauschkopplung manifestiert, wurde an dem gezeigten Dikupferkomplex untersucht. Die Stabilität und damit auch die Reaktivität des Komplexes werden sowohl durch die Zahl seiner Metallzentren als auch durch das koordinierende Solvens X feinjustiert.

Der Mix macht's: Die Oberflächenladung von carboxyfunktionalisierten Latexnanopartikeln kann so eingestellt werden, dass hoch stabile Öl-in-Wasser- und Wasser-in-Öl-Emulsionen entstehen. Eine Veränderung des pH-Werts (siehe Bild) oder der Salzkonzentration führt zur Inversion der Emulsionen.

Ein Ferrocenyl-Imidazolium-Salz fungiert bei sehr milden Bedingungen als Vorstufe für einen stabilen [Ir^III(H)(biscarben)]-Komplex (siehe Strukturbild). Die Untersuchung ergab, dass die Rolle der Base bei der Aktivierung des Imidazoliumsalzes über eine einfache Deprotonierung der Vorstufe hinausgehen könnte.

Schutz vor Bioterrorismus: Therapieansätze zur Behandlung von Anthrax, einer Infektionskrankheit, die durch das toxigene Bakterium Bacillus anthracis ausgelöst wird, sind dringend notwendig. Eine neue Klasse von Aminoglycosiden (siehe Bild) inhibiert unter physiologischen Bedingungen den lethalen Anthrax-Faktor, der eine wichtige Rolle bei der Erkrankung spielt, und wirkt zugleich antibiotisch gegen B. anthracis.

Mit hohem Durchsatz gelingt die Synthese von N-Heterocyclen auf dem hier vorgestellten Weg. Mit fluorsubstituierten Resten versehene heterocyclische Gerüste sind schnell durch eine Pummerer-Cyclisierung zugänglich; sie werden dann beispielsweise durch Pd-katalysierte Kreuzkupplung einfach modifiziert und schließlich wird der Fluorigphasen-Rest durch reduktive Spaltung spurlos entfernt (siehe Schema, R^F=C₈F₁₇CH₂CH₂).

Zwei sind besser als einer: Die Kombination zweier Metallkatalysatorsysteme ermöglicht Umwandlungen, die mit keinem Einkatalysatorsystem einfach gelingen. Dies wird an der Kupplung von 8-Chinolincarboxaldehyd mit Iodarenen zu Diarylketonen (siehe Bild) und an seiner Reaktion mit Organostannanen zu Ketonen gezeigt.

Ein stereogenes Zentrum genügt in Pyridinbis(oxazolin)[pybox]-Liganden für eine effiziente Ruthenium-katalysierte Cyclopropanierung. Hauptursache für die Enantioselektivität sind nach einer Molecular-Modeling-Studie ungünstige sterische Wechselwirkungen zwischen dem pybox-Substituenten und Styrol bei einer Si-Annäherung an das Carbenintermediat (siehe Bild).

Das fehlende Glied in der Familie offenkettiger N₄-, N₂CO- und C₂O₂-Moleküle mit 28 Elektronen wurde in der Gasphase als isolierte, intakte N₂CO-Spezies nachgewiesen; seine Halbwertszeit übersteigt 0.8 μs. Dieses metastabile Molekül wurde durch Neutralisations-Reionisations-Massenspektrometrie aus markierten N₂CO⁺-Ionen erhalten, die in ionisierten N₂/CO-Mischungen erzeugt wurden (siehe Bild).

Bald „privilegiert“? Durch Modifizierung Harnstoff-basierter Strecker-Katalysatoren ließ sich ein neuer und hoch effektiver enantioselektiver Katalysator für die Nitro-Mannich-Reaktion identifizieren. Die Produkte werden mit hoher Enantiomerenreinheit und einem Diastereomerenverhältnis bis 16:1 erhalten.

Bicyclenproduktion: Der niedervalente Rheniumkomplex [ReCl(CO)₅] katalysiert die intramolekulare Tandemcyclisierung von ω-acetylenischen Dienol-Silylethern. Das Alkin wird bei Bestrahlung in Gegenwart von 0.5–3.0 Mol-% [ReCl(CO)₅] geminal C-funktionalisiert, wobei bicyclische Enol-Silylether in hoher Ausbeute gebildet werden (siehe Schema, TIPS=Triisopropylsilyl).

Räumliche und zeitliche Kontrolle der Funktion von DNA mit Licht: In Oligonucleotiden kann photoaktivierbares („caged“) Thymidin eine vorübergehende Fehlpaarung bewirken und so z. B. eine Transkription verhindern. Die photolabile Gruppe kann anschließend durch Lichteinstrahlung entfernt werden (siehe Abbildung), wobei der unmodifizierte DNA-Strang freigesetzt wird.

Alken-Analoga: Einfache Säure-Base-Reaktionen von [Sn{N(SiMe₃)₂}₂] mit 3,5-substituierten Pyrazolen H(3,5-R₂pz) (R=CF₃, CMe₃) bieten direkten Zugang zu homoleptischen Zinn(II)-pyrazolylen [{Sn(3,5-R₂pz)₂}₂]. Zwei zusätzliche N-Donorfunktionen im Sn-gebundenen Liganden bewirken, dass zwei Stannyleneinheiten nicht durch eine kovalente Sn-Sn-Bindung, sondern durch Kopf-Schwanz-Verknüpfung dimerisieren (siehe Struktur). Die Titelverbindungen können formal als umgestülpte Distannene betrachtet werden und sind somit Analoga vierfach R-verbrückter Olefine.

Die Größe zählt: Dendron-substituierte Viologen-Dikationen bilden in Lösung und in der Gasphase mit molekularen Pinzetten stabile Wirt-Gast-Komplexe (siehe Bild), wodurch sogar Dikationen, die als „nackte“ Spezies im Hochvakuum eines Massenspektrometers instabil sind, stabilisiert werden. Bemerkenswert ausgeprägt ist der Einfluss der Dendrongröße auf die Stabilität der Dikationen, der sich in zwei verschiedenen Zerfallsmechanismen äußert.

Kleine Gastkationen wie [Et₄N]⁺ bewirken als Template die Bildung stabiler und fest verschlossener oktaanionischer Koordinationstetraeder (siehe Bild). Da auch [Et₃NH]⁺, gemeinsam mit einem Wassermolekül, eingeschlossen wird, scheint die Raumfüllung für die Bildung des Tetraeders wichtiger zu sein als die Symmetrie des Gasts. Die Festkörperstruktur stimmt exzellent mit Lösungs-NMR-Daten und Ergebnissen der ESI-FT-ICR-Massenspektrometrie überein.

Kein Zugang ohne „Pass“: Die spezifische Wechselwirkung einzelner (Alkyl)ammonium-Reste mit einem oberflächenfixierten Resorc[4]aren-Cavitanden wurde untersucht. Zur Messung wurden die Reste durch einen Linker mit dem Kraftsensor eines Rasterkraftmikroskops verbunden (siehe Bild). Die Ergebnisse bestätigen, dass die Affinität von der Passform des Gastmoleküls abhängt.