Angewandte Chemie

Die stereoselektive Bildung und Isolierung von E-Enolen gelang entweder aus dem Lithiumenolat und Isopropylephedrin oder umgekehrt aus dem Enol und Lithiumisopropylephedrat. Wie C. Fehr auf S. 7249 ff. berichtet, führen beide Wege zum vielgeschätzten Riechstoff (S)-α-Damascon, der, wie es das Titelbild andeutet, chiral ist und nach Rosen riecht. Der beobachtete nichtlineare Effekt beim Einsatz von nicht enantiomerenreinem Lithiumisopropylephedrat belegt, dass gemischte Aggregate höherer Ordnung an der enantioselektiven Überführung des Enols in das Keton beteiligt sind. (Dank geht an B. Cogerino für die Photographie und Dr. A. Herrmann für die Hilfe beim Bildentwurf.)

Fünf verschiedene Liganden sind in pentakoordinierten Silicium(IV)-Komplexen mit SiClSONC- und SiISONC-Gerüsten an ein einziges Siliciumatom gebunden (siehe Bild). R. Tacke et al. beschreiben in ihrer Zuschrift auf S. 7136 ff. die Synthese und strukturelle Charakterisierung beider Komplexe, die sowohl im festen Zustand als auch in Lösung existieren.

Das Leben unter der Lupe: Die Transkription, das „Umschreiben“ eines DNA-Strangs in einen RNA-Strang, ist einer der zentralen Vorgänge in der Biologie. Der komplexe Mechanismus der eukaryotischen Transkription wurde durch Arbeiten Roger Kornbergs bis in die molekularen Details aufgeschlüsselt. Der Chemie-Nobelpreisträger 2006 berichtet hier aus erster Hand über den Verlauf der Forschungen. Das Bild zeigt den Präinitiationskomplex, der zur Einleitung der Transkription gebildet werden muss.

Pst! Unter Gen-Stummschaltung versteht man einen Vorgang in der Zelle, bei dem unter Einwirkung doppelsträngiger RNA-Moleküle die Expression einzelner Gene unterdrückt wird. Entscheidende Beiträge auf diesem Gebiet lieferten Andrew Fire und Craig C. Mello, die hierfür mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurden. Die Preisträger berichten hier aus erster Hand über den Verlauf der Forschungsarbeiten.

Pst! Unter Gen-Stummschaltung versteht man einen Vorgang in der Zelle, bei dem unter Einwirkung doppelsträngiger RNA-Moleküle die Expression einzelner Gene unterdrückt wird. Entscheidende Beiträge auf diesem Gebiet lieferten Andrew Fire und Craig C. Mello, die hierfür mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurden. Die Preisträger berichten hier aus erster Hand über den Verlauf der Forschungsarbeiten.

Energiesphären: In einem biomimetischen System, das F_oF₁-ATPase in lipidmodifizierten Polyelektrolytmikrokapseln eingebaut enthält, gelingt die Synthese und Speicherung von Adenosintriphosphat (ATP) im Innern der hohlen Hüllen, sodass diese als Behälter zur Energiespeicherung gesehen werden können (siehe schematische Darstellung; ADP: Adenosindiphosphat; Pi: anorganisches Phosphat).

Platzwechsel: Die Verbindungen 1 und 2 mit fünfbindigem Silicium und verzerrt trigonal-bipyramidalen Koordinationspolyedern enthalten Schwefelatome auf axialen Positionen, was den Vorhersagen der VSEPR-Theorie für diese zwitterionischen Verbindungen widerspricht. Die Befunde werden durch DFT- und MP2-Rechnungen gestützt (S gelb, Si magenta, O rot, N blau, C grau).

Alle fünfe: Ein fünffach koordiniertes Siliciumzentrum mit fünf unterschiedlichen Ligandatomen (SiClSONC- und SiISONC-Gerüste) wurde in Form des neutralen Si^IV-Komplexes 1 und des analogen Iodo-Derivats erhalten. Beide Komplexe sind im Festkörper und in Lösung stabil. Der Chloroligand in 1 kann leicht ausgetauscht werden, sodass eine Reihe von fünffach koordinierten Siliciumkomplexen zugänglich sein sollte.

In Echtzeit kann ein enzymatisches In-situ-Screening Anhaltspunkte zu Richtung und Größe der Enantioselektivität für mehr als ein Substrat liefern. Dabei zeigten Cobalt(III)-Salen-Katalysatoren mit chiralen β-Pinen- und α-Naphthylalanin-Gerüsten breite und doch komplementäre Substratspezifitäten. ADH=Alkoholdehydrogenase, HL=Pferdeleber, LK=Lactobacillus kefir, Salen=(Salicyliden)ethylendiamin.

Ein Komplex als Lichtschalter: Die reversible photochemische Fluoreszenzmodulation infolge supramolekularer Komplexbildung eines Rhodamin-Gastmoleküls (RhB) mit einem Spiropyran-Cyclodextrin (siehe Bild) führt zu einer lichtschaltbaren Fluoreszenzemission des eingeschlossenen Farbstoffs. Bei UV-Bestrahlung kann der Chromophor seine Energie auf die Spiropyraneinheit übertragen, die Bestrahlung mit sichtbarem Licht bleibt dagegen ohne Energietransfer.

Kooperatives Falten und Entfalten eines dynamischen Multichromophor-Systems führt zu einer ungewöhnlichen Signalverstärkung als Teil eines resonanten Energietransfers von der zentralen Donoreinheit auf periphere Akzeptorensembles. Die schrittweise Zugabe und Entfernung chemischer Eingangssignale liefert reversible, sigmoidale Antwortkurven in den Anschalt- und in den Ausschalt-Scans (siehe Bild).

Eine zusätzliche Dimension: Amphiphile mit zweidimensionalen hydrophoben und hydrophilen Flächen weichen von der herkömmlichen eindimensionalen Molekülform mit polarem Kopf und unpolarem Schwanz ab. Ein Prototyp wurde aus Cholsäure synthetisiert (siehe Bild) und erfolgreich zur Stabilisierung zweier integraler Membranproteine eingesetzt (blaue und grüne Zylinder).

Metallmantel: Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) dienten als permanente Template zur Bildung von anisotropen magnetischen Nanodrähten, die ferromagnetisches Verhalten bei Raumtemperatur zeigen. Die Abscheidung von katalytischen Pt-Nanopartikeln auf den CNTs ergibt organisch-anorganische Hybridverbindungen, die als Substrate für die Synthese von CNT-fixierten Ni-NiO-Nanoröhren fungieren (siehe Bild).

Live-Reportage: Ein photoaktivierbares β-Lactam-D-Luciferin(Bluco)-Konjugat kann mithilfe eines zweistufigen enzymatischen Prozesses β-Lactamase-Aktivität in vivo abbilden. Diese neuartige bioluminogene Sonde sollte den Nachweis von β-Lactamase erleichtern und deren Anwendung als Reportersubstanz erweitern.

Nicht methyliert, sondern dimerisiert: Eine enzymatische geminale Bismethylierung blockiert in der Biosynthese des zytotoxischen Polyketids Benastatin die hoch reaktive Benzylposition eines Anthron-Intermediats. Eine Mutante ohne diese C-Methyl-Transferase bildet Chinone sowie komplizierte meso- und rac-Dimere (siehe berechnete Struktur), die mit spektroskopischen Methoden und Computersimulationen analysiert wurden.

Katalysator mit Anziehungskraft: Molybdänoxid-Nanopartikel wurden in eine mesoporöse SiO₂-Schale eingebaut und auf SiO₂-beschichtete magnetische Nanopartikel aufgebracht, die als magnetisch abtrennbare Heterogenkatalysatoren dienen. In der Epoxidierung von cis-Cycloocten kann der Katalysator, der eine niedrige Molydänbeladung von 1 Mol-% hat, ohne größeren Aktivitätsverlust sechsmal rezykliert werden (siehe Bild).

Ein Ring als Erkennungsmerkmal: RNA bindende makrocyclische Peptide, die durch Helices fädeln, wurden mit einer Ringschlussmetathese an der Festphase erhalten. Die Verbindungen haben eine höhere Affinität zur RNA-Zielsequenz als ihre linearen Vorstufen, und sie binden auch an eine natürliche mikroRNA-Vorstufe, sodass sie die mikroRNA-Funktion steuern könnten.

Nun auch mit N: Die Stoßaktivierung des lithiierten Betain-Kations [(CH₃)₃NCH₂CO₂Li]⁺ (m/z 124) in der Gasphase hat eine Decarboxylierung unter Bildung des lithiierten Ylids [(CH₃)₃NCH₂Li]⁺ (m/z 80) zur Folge. Rechnungen und Ion-Molekül-Reaktionen mit Wasser bestätigen die Identität und Reaktivität dieser Spezies.

Der P₄-Käfig wird zur Kette: Ein enantiomerenreines cyclisches Alkyl(amino)carben aktiviert P₄ glatt unter Bildung hoch reaktiver Verbindungen, die zum diastereoselektiven Aufbau von Produkten mit P₄-Einheiten und Phosphor-Kohlenstoff-Bindungen verwendet werden können (siehe Schema mit Teilstrukturen, Sterne bezeichnen stereogene Kohlenstoffzentren; DMB=2,3-Dimethylbutadien).

Kein Vergleich nötig: Die konformative Stabilität von β-Haarnadelstrukturen beim Austausch einer Amidgruppe im Rückgrat gegen einen Thioester wurde untersucht (siehe Bild). Die höhere Flexibilität senkt die Stabilität der β-Haarnadel, ändert die Struktur der gefalteten Konformation aber nicht; überdies kann die Stabilität des gefalteten Zustandes unter nativen Bedingungen ermittelt werden, ohne dass vollständig entfaltete und gefaltete Bezugsverbindungen benötigt werden.

Vorliebe für Eisen: Die Phytosiderophore Mugineinsäure (MA) und Desoxymugineinsäure (DMA) wurden in wenigen Schritten mit einem Minimum an Schutzgruppen und Aufarbeitungsschritten synthetisiert (siehe Schema; Boc=tert-Butoxycarbonyl), und ihre Eignung als Transporter für die Eisen(III)-Aufnahme wurde untersucht. Der Zugang zu diesen Verbindungen ebnet den Weg für Studien des molekularen Mechanismus der Eisenaufnahme und -verwendung durch Süßgräser.

Helfende Kombination: Peptidspaltende Agentien für Amyloid-β-42(Aβ₄₂)-Oligomere (siehe Schema) – den neurotoxischen Zwischenstufen bei der Alzheimer-Krankheit – wurden aus einer kombinatorischen Bibliothek erhalten, die mit dem Co^III-Komplex von 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan als Reaktionszentrum aufgebaut wurde. Die Aβ₄₂-Oligomere werden bereits bei submikromolaren Konzentrationen der Agentien effektiv gespalten.

Komplizierter Ringschluss: Die palladiumkatalysierte intermolekulare Tandemreaktion von Propargylsubstraten mit 2-Iodphenolen eröffnet einen direkten und hoch regioselektiven Zugang zu spirocyclischen Verbindungen. Die Reaktionsbedingungen und die Anwendungsbreite des Verfahrens werden untersucht, und ein Mechanismus wird vorgeschlagen.

Spurensuche: MATI-Spektroskopie (massenselektive Schwellenionisation) lieferte hochaufgelöste Ionisationspotentiale und niederenergetische Schwingungsfrequenzen einzelner Konformere von stoßgekühltem [(η⁶-PhMe)₂Cr]. Zur Zuordnung der Strukturisomere zu den Signalen wurden DFT-Rechnungen und ein Vergleich der Spektren von [(η⁶-PhMe)₂Cr] und [(η⁶-1,3-Me₂C₆H₄)(η⁶-PhH)Cr] herangezogen (siehe Bild).

Minimales Risiko: Ein Studie mit Deuteriummarkierung ergab überraschend, dass die sichere, verlässliche und vielfach genutzte Bildung von Carbonsäuremethylestern mit Trimethylsilyldiazomethan (TMSCHN₂) unter säurekatalysierter methanolytischer Freisetzung von Diazomethan verläuft (siehe Schema).

Au Co-ntraire: Das Wachstum von Goldnanopartikeln auf magnetischen Cobaltnanostäben lässt sich, abhängig von der Ligandenkonzentration und der Temperatur, entweder selektiv an den Spitzen der Nanostäbe (links im Bild) oder nichtselektiv über die gesamte Nanostaboberfläche (rechts) auslösen. Die heterogene Keimbildung über galvanischen Austausch wurde durch die Wahl der Gold(I)-Vorstufe gesteuert.

Cu^IIIim Blick: Als Schlüsselzwischenstufe bei kupfervermittelten Kreuzkupplungen wird seit langem ein „Kupfer(III)-Intermediat“ angenommen. Die NMR-spektroskopische Untersuchung der Reaktionen einer Vielzahl an Methyl-Gilman-Reagentien Me₂CuLi⋅LiX mit EtI ergab mehrere tetrakoordinierte quadratisch-planare formale Cu^III-Intermediate (siehe Schema) mit überraschend unterschiedlichen Stabilitäten.

Eine konvergente Totalsynthese von Pamamycin-607 (1), das aus Streptomyces alboniger isoliert wurde, umfasst die E-Z-Isomerisierung eines Tetrahydrofuranalkylidens sowie eine regio- und diastereoselektive lösungsmittelabhängige, durch cyclo-C₆H₁₁BCl/Et₃N vermittelte Aldolreaktion als Schlüsselschritte. Letztere Reaktion wurde auf weitere Ketone angewendet, was neue Pamamycinmakrodiolide, z. B. Pamamycin-593 und Pamamycin-621D, zugänglich machte.

„Nach eigenem Ermessen“ liefert eine latente HF-Quelle das aktive katalytische Wasserstofffluorid-Salz 1-HF für die enantioselektive organokatalytische Protonierung von Silylenolaten mithilfe leicht verfügbarer Cinchona-Alkaloid-Katalysatoren (1). Dieser metallfreie Ansatz führt zum hoch enantioselektiven Protonentransfer (bis 92 % ee) unter milden, neutralen Bedingungen (siehe Schema, TMS=Trimethylsilyl).

Modellnanodrähte (Pd_n)_x wurden aus isolierten fcc-gepackten kuboktaedrischen Clustern Pd_n (n=38, 79, 140, 225) konstruiert, wie für n=225 gezeigt ist. Periodische Dichtefunktionalrechnungen belegen, dass die Elastizität der Nanopartikel den Mechanismus der Selbstorganisation entscheidend prägt. Die Ergebnisse sind auch in Hinblick auf Sinterprozessen in der Katalyse an trägerfixierten Metallnanopartikeln relevant.

Sterisch abgeschirmt: In Alkylierungen metallierter Nitrile mit vicinalen Methylgruppen und einer trisubstituierten CC-Bindung schirmt die Buteneinheit eine diastereotope Seite gegen den elektrophilen Angriff ab, während das quartäre Stereozentrum entsteht (siehe Schema; LDA=LiNiPr₂). Eine Vielzahl an Elektrophilen liefert in ausgezeichneter Stereoselektivität acyclische Nitrile mit benachbarten tertiären und quartären Stereozentren.

Besser als Cu-, Pd- und Fe-Katalysatoren: Die rhodiumkatalysierte Reaktion von Alkinyloxiranen mit Arylboronsäuren liefert mit ausgezeichneter Diastereoselektivität syn-konfigurierte α-Allenole. Vermutlich trägt eine Präkoordination des Oxiran-Sauerstoffatoms an Rhodium sowohl zur hohen Stereoselektivität als auch zur hohen Reaktivität bei.

Wie eine Wendejacke: Ein neuartiges Nanogel aus den beiden biokompatiblen Komponenten Chitosan und Ethylendiamintetraessigsäure schaltet die Zusammensetzung und Ladung seiner Oberfläche auf Änderungen des pH-Werts hin (siehe Bild). Durch die Geleigenschaften des Systems ist dieser Prozess komplett reversibel, und die Partikel bleiben über den gesamten pH-Bereich stabil.

Gemeinsam, aber nicht synchron: Reaktionen von Spirodiepoxiden (SDEs) mit Amiden, Amidinen und Thioamiden sowie die erste Kristallstruktur eines SDE werden beschrieben (Schema: Amidreaktion; DMDO=2,2-Dimethyldioxiran). Die nucleophile Ringöffnung von SDE folgt einer Reaktivitätsreihe und umfasst die konzertierte asynchrone Öffnung der beiden Epoxide, die durch Koordination des für die Hydroxygruppe vorgesehenen Sauerstoffatoms erleichtert wird.

Vier ist die Zahl: Der einkernige Ruthenium(II)-Komplex [1]²⁺ wird durch elektrochemische und photochemische Redoxreaktionen in wässriger Lösung reversibel in die vierelektronenreduzierte Form [1-H₄]²⁺ überführt. Der 2,6-Bis(benzo[b]-1,5-naphthyridin-6-yl)-4-tert-butylpyridin-Ligand fungiert dabei abwechselnd als Reservoir/Quelle für vier Elektronen oder vier Protonen.

Ein schaltbares Cyanid: Bei der Dehydratisierung von Ni(CN)₂⋅n H₂O zu Ni(CN)₂ ändert sich das Bindungsverhalten des Cyanidliganden drastisch: Die Ni-C- und Ni-N-Bindungen sind nicht mehr unterscheidbar, und das stickstoffgebundene Ni²⁺-Ion wechselt vom High-Spin- in den Low-Spin-Zustand. Neutronenbeugung an Ni(CN)₂ liefert die ersten exakten Strukturdaten für ein einfaches Metallcyanid mit Schichtstruktur. Ni(CN)₂ ist eine Modellverbindung für negative thermische Ausdehnung in zwei Dimensionen.

Rosige Reaktion: Die katalytische enantioselektive Ketonisierung von zwei isolierten Enolen ist erstmals gelungen und ermöglicht wichtige Rückschlüsse auf den Mechanismus. Die Protonierung des Enolats verläuft indirekt, d. h. über das entsprechende Enol und gemischte Aggregate höherer Ordnung (siehe Schema). Die Reaktion wurde zur Synthese des nach Rosen riechenden Duftstoffs (S)-α-Damascon genutzt.

Eine Frage des Liganden: Die Chemoselektivität der rhodiumkatalysierten Addition von AlMe₃ an Cyclohex-2-enon wird durch die Art des Liganden gesteuert. So kommt es an einem achiralen {Rh(cod)}-Komplex zu einer 1,4-Addition, an einem {Rh(binap)}-Komplex dagegen zu einer hochenantioselektiven 1,2-Addition, was die stereoselektive 1,2-Methylierung und 1,2-Arylierung cyclischer Enone ermöglicht (siehe Schema; R=Me, Ar).

Nickel kann auch oxidieren! Nickel(II)-Salze wie Nickelchlorid und Nickelacetylacetonat katalysieren die intramolekulare Diaminierung von Alkenen mit Harnstoff- und Guanidinderivaten sowie Sulfamiden als Stickstoffquellen. Besonders letztere bieten sich als Substrate an, da mit ihnen eine selektive und einfache Freisetzung der Diamine aus den Oxidationsprodukten gelingt (siehe Schema).