Angewandte Chemie

Einen isolierten Raum für die größen- oder formselektive dynamische molekulare Erkennung und metallvermittelte chemische Reaktionen bietet das Innere von Nanokapseln. In ihrer Zuschrift auf S. 6638 ff. beschreiben M. Shionoya et al. eine Reihe von isostrukturellen oktaedrischen Kapseln, die aus einem einzigen dreizähnigen Liganden und zehn verschiedenen zweiwertigen Übergangsmetallionen (in Grün auf dem Titelbild hervorgehoben) hergestellt wurden, und belegen den ortsspezifischen Austausch der Anionen, die im Hohlraum an die Metallzentren koordiniert sind.

Aktivierte Bindungen: In den letzten Jahren rückte die C-H-Insertion mithilfe von metallgebundenen Carbenen oder Nitrenen als vielversprechender Ansatz für die selektive intermolekulare C-H-Funktionalisierung in den Vordergrund. Neueste Beispiele belegen die beeindruckende Regio-, Diastereo- und Enantioselektivität der Methode.

Mithilfe der Kraftmikroskopie können die Anbindung und die Orientierung kovalent an Oberflächen gebundener Moleküle untersucht werden (siehe Bild). Nebel und Mitarbeiter nutzten diese Methode erstmals zur Charakterisierung eines kovalent gebundenen DNA-Films auf einer Diamantoberfläche.

Auf Draht: Trotz der bemerkenswerten Fortschritte in der Chemie sowohl der Cyclophane als auch der konjugierten Polymere ist über konjugierte Polymere mit Cyclophaneinheiten in der Hauptkette (siehe Formel) recht wenig bekannt. Dieser Kurzaufsatz beschreibt erste Synthesen und Eigenschaften von „durch den Raum“ konjugierten Cyclophanpolymeren und gibt einen Ausblick auf mögliche Anwendungen, z. B. als molekulare Drähte.

Das Tumorsuppressorprotein p53 ist das zentrale Element des Kontrollsystems, mit dem Vielzeller die Entstehung von Krebs verhindern. Ein intaktes p53-Netzwerk gewährleistet, dass DNA-Schäden frühzeitig entdeckt und repariert werden. Vorgestellt werden grundlegende Konzepte und jüngste Fortschritte für das Verständnis der Struktur und Regulierung von p53. Das Bild zeigt die Bindung der DNA-bindenden Domäne von p53 (blau) an die Konsensus-DNA-Sequenz (orange).

Opfergang: Polyacrylsäure diente zur Einstellung des Durchmessers von Nanodrähten, die aus linearen Cd²⁺-Thioglycolsäure-Koordinationspolymerketten hergestellt wurden. Die Nanodrähte wurden dann als Opfertemplate für die Synthese langer CdTe-Nanoröhren mit unterschiedlichen Durchmessern genutzt (siehe TEM-Bilder).

Through-Bond-Kopplung über einen Cyclodiborazankern führt zu großen Absorptionsquerschnitten bei neuartigen zweiphotonenabsorbierenden Chromophoren (siehe Bild; B rosa, N blau, C grau; alle H-Atome außer BH (weiß) weggelassen). Dies ist ein erster Schritt zur Entwicklung von Chromophoren mit dualen Eigenschaften für Anwendungen in der Biologie oder Medizin (z. B. Zweiphotonenbildgebung und Borneutroneneinfangtherapie).

In einem anderen Licht: Eine photoinduzierte Änderung der Oberflächenmorphologie führt zu reversiblen Änderungen der superhydrophoben Eigenschaften eines photochromen Diarylethen-Films. Der Effekt wird durch die reversible Bildung feiner Fibrillen auf der beschichteten mikrokristallinen Oberfläche durch Bestrahlung mit UV- und sichtbarem Licht erzielt (siehe Bild).

Vollständig reversible Photochromie im Kristall: Die Umwandlung der μ-O₂SSO₂- (1) in die μ-O₂SOSO-Form (2) eines zweikernigen Rhodiumkomplexes umfasst einen stereoselektiven Sauerstoffatomtransfer und eine stereospezifische Isomerisierung der photochemisch erzeugten μ-O₂SOSO-Komplexe in das stabilste Isomer. Die Reaktion wurde mit konventionellen Einkristall-Röntgenbeugungsmethoden direkt verfolgt.

Mit der Natur gegen Amyloide: Insulin ist ein natürlicher Inhibitor der Amyloidbildung durch Amylin. Die wechselwirkenden Domänen der beiden Proteine wurden mithilfe eines vereinfachenden Ansatzes identifiziert (siehe Schema). Auf der Grundlage des molekularen Mechanismus der physiologischen Wechselwirkung könnten peptidmimetische Therapeutika für Typ-II-Diabetes entwickelt werden.

Stränge und andere Zwänge: In supramolekularen Actinoidarchitekturen der Form viersträngiger Helices sind zwei überdacht-quadratisch-antiprismatisch koordinierte Th^IV-Zentren durch vier verbrückende 4-Acylpyrazolon-Chelatstränge verbunden. Die Clusterbildung erfolgt nach dem Prinzip der „unvereinbaren Koordinationszahlen“.

Feine Zunge für Süßes! Die Unterscheidung von Kohlenhydraten ist wegen der Ähnlichkeit der funktionellen Gruppen äußerst schwierig. Eine Reihe von Ensembles aus pH-Sensor und Auslöser einer pH-Änderung wurde als künstliche „Zunge“ für die Identifizierung von Kohlenhydraten entwickelt. Der optimierte Sensoraufbau mit sechs Sondenpaaren konnte 23 Kohlenhydrate eindeutig unterscheiden.

Zehnmal gleich: Eine Reihe von oktaedrischen {M₆L₈}-Kapseln, die sich nur im Metall an den Spitzen unterscheiden, wurde quantitativ aus tris-einzähnigen Liganden L und zehn zweiwertigen d⁵- bis d¹⁰-Übergangsmetallionen hergestellt (siehe Bild). In den Kapseln sind CF₃SO₃⁻-Anionen koordiniert, die ortsselektiv durch andere anionische Liganden ersetzt werden können, um den Hohlraum zu funktionalisieren.

Aufgereiht: Ein lumineszierendes Komposit aus Poly(p-phenylenvinylen) (PPV) und Amylose wurde durch direkte Polymerisation der monomeren Vorstufe im Wässrigen in Gegenwart von Amylose erhalten. Dieses Komposit besteht aus einem stäbchenförmigen PPV-Segment, das in eine flexible Amyloseröhre eingefädelt ist, und bildet durch Selbstorganisation flüssigkristalline Phasen.

In die Tasche: Ein nanoporöses Gerüst, dessen innere Oberflächen mit Aminosäureresten belegt sind (siehe Struktur; Ni cyan, C grau (chirale Zentren gelb), H weiß, N blau, O rot), entsteht beim Stapeln von Nickel-Aspartat-Schichten mithilfe von 4,4′-Bipyridin. Das Vorliegen von Taschen, die zu vielfältigen Wechselwirkungen mit Gastmolekülen fähig sind, ermöglicht die enantioselektive Sorption von kurzkettigen Diolen.

Ein sehr guter Wirt: Das Entfernen der Gast-Säuremoleküle aus hydrothermal synthetisiertem [V(O)(bdc)](H₂bdc)_0.71 (bdc: Benzoldicarboxylat) liefert hochwertige Einkristalle von [V(O)(bdc)] (1). Bei der Absorption von Gastmolekülen aus der flüssigen Phase geht 1 Kristall-Kristall-Umwandlungen ein (Anilin: 2; Thiophen: 3; Aceton: 4). Außerdem absorbiert Komplex 1 auch Thiophen und Dimethylsulfid selektiv aus Methan.

Krumme Dinge: In verdrillter Geometrie wurde eine extrinsisch chirale supermolekulare Struktur in der calamitischen Phase erhalten. Das ungleiche Wachstum beim Abkühlen in die B_x-Phase führte zu einer intrinsisch bevorzugten chiralen Struktur. Der bevorzugte Drehsinn der Mesophase lässt sich auch über den Drehsinn der verdrillten Konfiguration steuern.

Unübliche Speicherung: Ein organisches nichtporöses Material, p-tert-Butylcalix[4]aren, sorbiert Acetylen mit hoher Speicherdichte unter Umgebungsbedingungen. Es wird angenommen, dass die Gasmoleküle durch das Kristallgitter diffundieren, ohne die Anordnung der Wirtmoleküle aufzubrechen (siehe Bild; O rot, C blau, Hohlräume gelb).

Zwei in einem: Sowohl Menthyl(Men)- als auch Neomenthyl(Neom)-chlorid reagieren mit Mg zu einem äquimolaren Gemisch der Diastereomere (1R,2S,5R)-MenMgCl und (1S,2S,5R)-NeomMgCl. Jede Komponente dieses Grignard-Reagens ist nach ihrer Bildung konfigurationsstabil. Die Reaktion mit Elektrophilen ergibt allgemein Produkte, die auf einen Angriff der nucleophileren Menthyl-Komponente des Grignard-Reagens zurückgehen.

Genauer Blick: Der so genannte Kohlenwasserstoffpool-Mechanismus funktioniert bei der Umwandlung von Methanol in Olefine (MTO-Prozess) am Zeolith ZSM-22 wegen der engen Gerüstkanäle (0.57 nm) nicht. Dafür bot dieses System die Möglichkeit zu genauen mechanistischen Studien ohne Störung durch Sekundärreaktionen. Die dabei erhaltenen H/D-Austauschmuster von Toluol sprechen für einen Schälmechanismus (paring mechanism).

Das doppelte Plättchen: Ein geordneter mesoporöser Siliciumoxidkristall vom Käfigtyp mit kubischer Fmm-Symmetrie wurde unter Verwendung eines Geminitensids als Templat hergestellt. Ikosaedrische, dekaedrische und plättchenförmige Morphologien werden diskutiert (siehe SEM-Aufnahme). Die Struktur wird durch das Auftreten einer mehrfachen Zwillingsbildung während der Bildung von Mesostrukturen erklärt.

Offene Beziehung: Die durch Triethylboran und O₂ vermittelte Addition von Xanthaten an Vinylepoxide ist eine effiziente Methode zur Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verknüpfung. Unter milden Bedingungen und mit leicht erhältlichen Reagentien können so komplexe Strukturen schnell, modular und konvergent aufgebaut werden (siehe Schema, Bn=Benzyl). Insbesondere die Bildung quartärer Zentren erwies sich als einfach.

Eine gute Alternative: Hoch reaktive Palladium-Dialkylbiarylphosphanyl-Katalysatoren ergeben bislang unerreichte Reaktivitäten und Selektivitäten bei der C-N-Verknüpfung. Der voluminöse Monophosphan-Katalysator Pd/1 eignet sich zur Umsetzung von Halogen(het)arenen, die primäre Amide tragen, und 2-Aminoheterocyclen (siehe Schema; dba=Dibenzylidenaceton, R=CONH₂, NH₂). Einzähnige Phosphane können Chelatliganden also ebenbürtig, manchmal gar überlegen sein.

Aus den Tiefen des Meeres vor der kalifornischen Küste bei La Jolla stammen die Marinomycine A–C, die sich bezüglich der Konfiguration an den Doppelbindungen C8C9 und C8′C9′ unterscheiden (siehe Bild). Die bemerkenswerten, hoch ungesättigten 44-gliedrigen Ringe wurden bei der Totalsynthese durch eine Suzuki-Kupplung geschlossen.

Ring frei für Carbonyl-Ylide: Die erste Totalsynthese von Polygalolid A (1) und B (2) nutzt eine Tandemsequenz aus Carbonyl-Ylid-Bildung und 1,3-dipolarer Cycloaddition, um das charakteristische 5,10-Dioxatricyclo[6.2.1.0]undecan-Gerüst der Verbindungen in einem einzigen Schritt aufzubauen.

Zwischen zwei Geometrien gefangen: Die Festkörperstruktur von [NEt₄][AuCl₂][AuCl₃] (siehe Bild) zeigt für AuCl₃ eine Geometrie, die typisch für einen Y-förmigen Übergangszustand als Folge einer Jahn-Teller-Verzerrung ist. Nach den Ergebnissen von Rechnungen ist die beobachtete Orientierung eine mittlere Geometrie zwischen zwei T-förmigen Strukturen mit C_2v-Symmetrie.

Adsorptionsstrukturen multifunktioneller Moleküle: Nach einer DFT-Studie für vier konjugierte Moleküle auf sechs Metallen korrelieren die Molekül-Metall-Schwingungen mit der Stärke und Struktur der Adsorption (siehe Bild). Die η²μ₁-Struktur auf Ag und Au ist schwach adsorbiert und hat weichere Schwingungen, dagegen wird die η⁴μ₃-Struktur auf Ni, Pd und Pt stark stabilisiert, und ihre Moden werden gestärkt. Auf Cu tritt eine intermediäre η³μ₃-Struktur auf.

Drei in einem: Die Oxidation von Methan zu Methylderivaten, deren Umwandlung in oxygenierte Verbindungen und die Regenerierung der Oxidationsmedien sind die drei Schritte bei der katalytischen partiellen Oxidation von Methan durch MoO₂Br₂ auf einem Zn-MCM-48-Träger (siehe Schema). Die reversible Brommetathese zwischen MoO₂Br₂ und MoO₃ ist entscheidend für eine effiziente Katalyse.

Katalytische Entgiftung: Eisen- und Mangancorrole zählen zu den effizientesten Katalysatoren für die Zersetzung von Peroxynitrit. Die Katalyserate des Eisenkomplexes ist höher als diejenige analoger Porphyrine, und mit dem Mangankomplex läuft eine Disproportionierung ab, deren Katalysezyklus abgebildet ist.

Doppelt gezinkt: Eine synergetische Natriumzinkat-Base deprotoniert Naphthalin in der 2- und 6-Position unter Bildung einer zentrosymmetrischen dizinkierten Verbindung. Durch diese alkalimetallvermittelte Zinkierung können polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe einfach oder zweifach metalliert werden. So sind zinkierte Naphthaline zugänglich, die mit üblichen Organozinkreagentien nicht erhalten werden.

Zwei Hybridisierungen vereint: Ein maßgeschneiderter Phasentransfer-Organokatalysator fügt sp³- und sp²-hybridisierte Kohlenstoffatome zusammen, indem er die erste enantioselektive vinylische Substitution katalysiert (siehe Schema). Auf diesem Weg sind optisch aktive Verbindungen mit vinylsubstituierten quartären Stereozentren und einstellbarer Alkenkonfiguration zugänglich.

Metallgürtel: Durch Erhitzen von Chrom in einer Ethanolatmosphäre sind erstmals Nanogürtel und Nanostäbe aus sauerstoffvakantem Chromoxid (Cr₂O_3−x) zugänglich (siehe Bild). Die Nanogürtel bilden Übergitter, die auf unterschiedliche Anordnungen der Sauerstoff-Fehlstellen zurückzuführen sind. Als Folge einer Verzwillingung falten sich einige Nanogürtel.

Die Bestrahlung von Acetonitrillösungen, die 1-Cyan-2-(4-pentenyl)naphthalinderivate enthalten, liefert über eine intramolekulare [2+3]-Photocycloaddition der Alkeneinheit an die 2,4-Positionen der Cyannaphthalineinheit in hohen Ausbeuten benzotetra- und benzopentacyclische Verbindungen mit Tri- und Tetrachinangerüsten (siehe Schema; n=1, 2).

Aus drei mach eins! Die Dreikomponentenkupplung eines Hydroxylamins mit einem Aldehyd und einem Cyclopropan-Diester führt zu einem Tetrahydro-1,2-oxazin-Gerüst, das für die erste Totalsynthese des Naturstoffs Phyllantidin benötigt wurde.

Schwämme nachgeahmt: Gut definierte kristalline Nanopartikel von kubischem BaTiO₃ werden bei sehr niedriger Temperatur mit einem durch die Natur inspirierten Verfahren erhalten. Ein Dimetallalkoxid dient als alleinige Vorstufe in einer Dampfdiffusions-Sol-Gel-Synthese. Wasser und der Katalysator (HCl) werden mit einem räumlichen und zeitlichen Gradienten zur Verfügung gestellt, um das langsame Wachsen der Nanopartikel zu unterstützen.

Racemisierung erwünscht: Die dynamische kinetische Racematspaltung sekundärer Alkohole gelang mit einem einfachen und sehr leicht zugänglichen Katalysatorsystem: In situ wird aus (racemischem) 1,1′-Bi-2-naphthol (Binol) oder 2,2′-Biphenol und AlMe₃ ein Aluminiumkatalysator erzeugt, der das Substrat bei Raumtemperatur racemisiert, und eine Lipase gewährleistet die enantiospezifische Acylierung (siehe Schema).

Reaktivität und Selektivität DNA-alkylierender Duocarmycin-Analoga wurden mithilfe von ESI(−)-HR-MS-Messungen bestimmt. Erstmals wurde so die hohe Alkylierungseffizienz eines für die gezielte Krebstherapie nach dem ADEPT-Konzept entwickelten seco-Drugs gegenüber Duplex-DNA nachgewiesen (Bild: kovalent mit dem Drug verknüpfter Einzelstrang). Das zugehörige, weniger toxische Prodrug und das Enantiomer des seco-Drugs wirken dagegen wesentlich schwächer alkylierend.

Das glycosidische Prodrug (+)-1 wurde auf der Basis der Duocarmycin-Antibiotika für eine selektive Krebstherapie im Rahmen des „Antibody Directed Enzyme Prodrug Therapy“(ADEPT)-Konzeptes hergestellt. Es übertrifft wegen seines exzellenten QIC₅₀-Wertes, seiner guten Wasserlöslichkeit und seiner einfachen Synthese alle bisherigen Prodrugs (QIC₅₀: Verhältnis der unterschiedlichen Toxizitäten von Prodrug und Drug).

Rein ins Wasser! Mehrzähnige aminofunktionalisierte Polyethylenoxide mit unterschiedlichen Blocklängen wurden synthetisiert und für den Ligandenaustausch von Quantenpunkten und magnetischen Nanopartikeln eingesetzt. Diese Liganden ermöglichen den Transfer der zuvor wasserunlöslichen Nanopartikel in eine wässrige Lösung. Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen der Partikel vor und nach dem Ligandenaustausch sind unten im Bild zu sehen.

Ein süßer Verräter: Monoklonale Antikörper gegen das gezeigte Tetrasaccharid mit dem einzigartigen terminalen Monosaccharid Anthrose, das auf der Sporenoberfläche von B. anthracis zu finden ist, werden zur selektiven Detektion dieser biologischen Waffe genutzt (siehe Immunfluoreszenzbild).

Mithilfe kurzer cyclischer Hexapeptide (siehe Bild; blau N , rot O, weiß H, grau C) gelang die Nachahmung von Oligosacchariden. Die einzelnen Beiträge von Cyclisierung, Aminosäurekonfiguration, Schleifenposition und Seitenkettenfunktion zu den glycomimetischen Eigenschaften der Peptide konnten identifiziert werden. Zwei Peptide wirken als hochaffine Liganden des Antikörpers 412 und zeigen zudem gesteigerte funktionelle Aktivität als HNK-1-Mimetika.