Angewandte Chemie

Ultraschnelle Elektronenmikroskopie …… visualisiert das durch Nah-IR-Laserpulse induzierte, reversible Ausdehnen und Zusammenziehen eines [Cu(TCNQ)]-Einkristalls (siehe Bildfolge; TCNQ=7,7,8,8-Tetracyanchinodimethan) sowie die photochemische Reduktion der Kupferionen unter Bildung diskreter Metallcluster (oben rechts), wie A. H. Zewail et al. in der Zuschrift auf S. 9366 ff. schildern. Der Kristall dehnt sich unter Bestrahlung entlang der π-Stapelachse der TCNQ-Moleküle aus und kehrt nach dem Abschalten des Lasers in die Ausgangsstruktur zurück.

Die Isolierung und Strukturaufklärung zweier basidiomyceter Sesquiterpene, Pasteurestin A und B, und ihre selektive Wirkung gegen Pasteurella haemolytica wurden in einem Patent beschrieben. Über eine [2+2+2]-Vollhardt-Cycloaddition wurden nun beide Verbindungen synthetisiert, wie J. Mulzer et al. auf S. 9480 ff. beschreiben; zudem wurden ihre absoluten und relativen Konfigurationen aufgeklärt und ihre biologischen Eigenschaften untersucht. Ein weiterer Schlüsselschritt der Synthese von Pasteurestin B ist eine Sn^II-Enolat-vermittelte Reformatsky-Aldolkondensation.

Zurück zu Kupfer: Rh-katalysierte Reaktionen von Diazocarbonylverbindungen mit Aminen zu N-H-Insertionsprodukten haben vielzählige Anwendungen gefunden; eine enantioselektive Variante kannte man bisher allerdings nicht. Mithilfe der bereits vor 50 Jahren für Carben-Insertionen in N-H-Bindungen beschriebenen Kupferkatalyse gelang nun in Gegenwart chiraler Liganden und eines großen nichtkoordinierenden Gegenions die enantioselektive N-H-Insertion in Aniline.

Die 103 Jahre alte Reaktion von N-(2,4-Dinitrophenyl)pyridiniumchlorid mit primären Aminen wurde jüngst von zwei Forschungsgruppen wiederentdeckt. Weil weder Autoren noch Gutachter die einschlägige Literatur kannten, wurde den Produkten die Struktur der Diaza[12]annulene 1 zugeschrieben, obwohl es sich um nichts anderes als N-substituierte Pyridiniumsalze handelt.

Die dramatischen gesellschaftlichen Umbrüche und radikalen Wertewandel in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wirkten sich auf alle Lebensbereiche aus, auch auf das Wissenschafts- und Forschungssystem. Eine in die Zeitgeschichte eingebettete Biographie Heinrich Wielands, des Nobelpreisträgers 1927 für Chemie, verdeutlicht, wie dieser sich auf das mehrfach so drastisch verändernde Umfeld einstellte.

Attraktiv bei schwacher Koordination: Die Synthese des [B(CF₃)₄]⁻-Anions durch Fluorierung des [B(CN)₄]⁻-Anions eröffnete neue Möglichkeiten in der B-CF₃-Chemie. In konzentrierter Schwefelsäure wird eine der CF₃-Gruppen in einen CO-Liganden umgewandelt. Das reaktive Produkt (CF₃)₃BCO ist Ausgangsmaterial für zahlreiche andere (CF₃)₃B-Derivate. Beispiele sind die Pnicogenethinylkomplexe [(CF₃)₃BCPnic]⁻ (Pnic=N,P,As).

Tri-, Di- und Monoradikale: Die Reaktivität des σ,σ,σ-Triradikals 2,4,6-Tridehydropyridinium wurde mit derjenigen verwandter Mono- und Diradikale in einem Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer verglichen. Das Triradikal hat einen Dublett-Grundzustand und geht an drei Positionen Radikalreaktionen ein. Bezüglich der Reaktivität steht es verwandten Monoradikalen näher als Diradikalen.

Give me five! In einer organokatalytischen Zweikomponenten-Dominoreaktion werden zwei C-C-Bindungen geknüpft und fünf Stereozentren aufgebaut (siehe Schema; DABCO = 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan, TMS=Trimethylsilyl). Die Transformation zeichnet sich durch die starke Bevorzugung eines Diastereomers (aus 32 möglichen Isomeren) und Enantioselektivitäten bis 94 % aus.

Hin und her: Das reversible Ausdehnen und Zusammenziehen eines [Cu(TCNQ)]-Einkristalls kann durch einen Nahinfrarot-Laserpuls ausgelöst und durch ultraschnelle Elektronenmikroskopie verfolgt werden (TCNQ = 7,7,8,8-Tetracyanchinodimethan). Unter Bestrahlung dehnt sich der Kristall entlang der π-Stapelachse der TCNQ-Moleküle aus, nicht aber senkrecht zu dieser. Nach dem Abschalten des Lasers kehrt der Kristall in die Ausgangsstruktur zurück.

Näher betrachtet: Die erste enantioselektive Totalsynthese, eine neuerliche stereochemische Zuordnung und die absolute Konfiguration des Metaboliten Neopeltolid werden beschrieben (siehe Bild). Als Höhepunkte der Synthese sind zu nennen: eine modifizierte Evans-Tischtschenko-Reduktion zur Einführung des Stereozentrums C11, eine [4+2]-Anellierung zum Pyransystem und eine Still-Gennari-Olefinierung zum Aufbau der Oxazol-Seitenkette.

Versammlungsverbot für Tau-Proteine: Die pathologische Aggregation von Tau-Proteinen hängt eng mit dem Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit zusammen. Von Rhodanin abgeleitete Inhibitoren (z. B. 1) hemmen die Tau-Aggregation in einem Zellmodell reversibel und in nanomolaren Konzentrationen (siehe SEM-Bilder).

Tüpfelchen auf dem i: Das i-Motiv ist eine viersträngige DNA-Struktur bestehend aus interkalierten halbprotonierten C:C⁺-Basenpaaren. Wie durch CD-, UV- und NMR-Spektroskopie gezeigt wird, sind LNA-modifizierte TC₅-Oligonucleotide in der Lage, stabile tetramere i-Motive bei niedrigen pH-Werten zu bilden (siehe Einblick in eine der schmalen Furchen einer solchen Struktur). Dies ist das erste Beispiel für die Stabilisierung eines i-Motivs durch ein Nucleinsäureanalogon, das ein 2′-ribo-Sauerstoffatom enthält.

In anaeroben Organismen wie E. coli ist die Tyrosinlyase ThiH, ein AdoMet-Enzym mit radikalischem Mechanismus, essenziell für die Biosynthese der Thiazol-Einheit des Vitamins Thiamin. Die Produkte der Tyrosinspaltung in vitro sprechen für eine radikalvermittelte Spaltung zu p-Cresol und Dehydroglycin, das zu Glyoxylat hydrolysiert wird.

Zweidimensionale organische Synthese: Coadsorbiert an einer Au(111)-Oberfläche wurden ein Dialdehyd und ein Amin im Ultrahochvakuum in einer Kondensationsreaktion umgesetzt. Das Produkt, ein Diimin, bildet selbstorganisierte Strukturen auf der Oberfläche, die rastertunnelmikroskopisch untersucht wurden (siehe Aufnahme). Anhand von Dichtefunktionalrechnungen wird ein Vorschlag für einen lösungsmittelfreien Reaktionsweg gemacht.

Radikalisch zu Aldolen: Enone mit festgelegter s-cis-Konformation können enantioselektive Radikalreaktionen eingehen, wie durch die Synthese der Aldolprodukte aus cyclischen Ketonen mit ausgezeichneten Ausbeuten und Enantioselektivitäten bestätigt wurde. Die Addition eines nucleophilen Radikals an die si-Seite könnte den stereochemischen Verlauf der Reaktion erklären (siehe Bild).

In Nanosphären: Die kooperative Selbstorganisation von CdSe-ZnS-Nanopartikeln und einem amphiphilen Blockcopolymer ergibt einzigartige sphärische Aggregate, in denen die Nanopartikel (grüne Kreise) zwischen einer Polymer-Außenhülle und einem Polymerkern eingeschlossen sind (siehe Bild).

Bipy-Mutante: Um die Entwicklung von Metalloproteinen zu vereinfachen, wurde die zweizähnige, metallbindende Aminosäure Bipyridylalanin (BpyAla) in E. coli eincodiert. Hierzu wurde eine BpyAla-spezifische Aminoacyl-tRNA-Synthetase genutzt, die stufenweise evolviert wurde und BpyAla mit hoher Genauigkeit und Ausbeute am Amber-Nonsensecodon einbaut. Die strukturelle Grundlage der selektiven Erkennung von BpyAla durch diese Synthetase wurde ebenfalls geklärt.

Keine (Selbst-)Organisation erforderlich: Sphärische und anisotrope hantelförmige Polymernanopartikel mit maßgeschneiderter Form und einer Größe von weniger als 100 nm wurden über eine direkte Synthese hergestellt, die nicht auf einer Selbstorganisation beruht. Atomtransferpolymerisation bei hohen Konzentrationen liefert die Nanopartikel direkt aus einfachen Vinylmonomeren im Gramm-Maßstab.

Die spezifische Umwandlung von Cys (Seleno-Cys) in Ala gelingt durch eine radikalische Reduktion in wässrigem Medium unter milden Bedingungen (siehe Schema, PG=Schutzgruppe) und in Gegenwart aller 20 natürlichen Aminosäuren sowie einer Vielzahl funktioneller Gruppen. Die native chemische Ligation mit anschließender Umwandlung von Cys in Ala wird sich bei der Synthese komplexer Peptide und Glycopeptide als hilfreich erweisen.

Elektronen- und Strukturdynamik eines industriell genutzten Pt/CeO₂-ZrO₂-Katalysators, bei dem die Speicherung und Freisetzung von Sauerstoff bei 573–773 K mit einer Ausrichtung der Ce- und Zr-Ionen einhergeht, wurden durch zeitauflösende energiedispersive XAFS an der K-Kante von Zr und der L₃-Kante von Ce in Echtzeit untersucht (siehe die experimentelle Anordnung). Die Ergebnisse geben Aufschluss über die katalytische Rolle der Ce- und Zr-Ionen.

Zielgerichtete Reaktivität: Aromatische Aldimine reagieren bereitwillig in der Cu(OTf)₂-katalysierten direkten Addition von Alkylzinkbromiden, wenn sie einen koordinationsfähigen 2-Pyridylsulfonyl-Substituenten als aktivierende Gruppe tragen. Das Reaktionssystem ist mit einer Vielzahl funktioneller Gruppen verträglich, sodass eine Bandbreite funktionalisierter Benzylaminderivate zugänglich ist (siehe Beispiel). Tf=Trifluormethansulfonyl.

Einzeln oder paarweise: Eine allgemeine iterative Oligopyrrolsynthese verläuft über die Cycloaddition von Azomethin-Yliden aus Pyrrolyl-α-iminoestern mit 1,2-Bis(phenylsulfonyl)ethen und anschließende Eliminierung der Sulfonylgruppen in situ unter basischen Bedingungen. Die Strategie kann pro Zyklus einen oder zwei Pyrrolringe einführen.

Eureka! Die erste Synthese des außerordentlich zytotoxischen Amphidinolid H, das in pikomolaren Konzentrationen gegen humane Hautkrebszellen aktiv ist, war lange überfällig. Die erfolgreiche Route beruht auf gründlich optimierten Fragmentkupplungen (siehe Bild; RCM=Ringschlussmetathese) und sorgfältig ausgewählten peripheren Schutzgruppen.

Chips mit Schichtung: Resonante mikroelektromechanische Systeme wurden erstmals experimentell mit molekular geprägten Polymeren (MIPs) kombiniert. Dazu wurden Mikromembranen mit dünnen piezoelektrischen Filmen versehen, und auf die Oberfläche dieser gravimetrischen Sensoren wurden mit einem Federarm MIPs geprägt (siehe Bild). Mithilfe solcher Chips gelingt die spezifische und zuverlässige Detektion unmarkierter Zielmoleküle.

Konvergent zum Ziel: Der stark zytotoxische F-ATPase-Inhibitor Cruentaren A ist eine vielversprechende Leitstruktur für neue Chemo- und Tumortherapeutika. Eine konvergente Synthese mit einer Alkin-Ringschlussmetathese (RCAM) zur Bildung des Makrocyclus ergab die Verbindung in 3 % Gesamtausbeute (siehe Strukturformel).

Gestaltbildung in Wasser: Pd-Nanokristalle mit gezielt einstellbaren Formen werden durch Reduktion eines Pd-Salzes mit Zitronensäure in wässriger Lösung erhalten. Ursache für die bevorzugte Bildung von Oktaedern, Ikosaedern oder Dekaedern (siehe Bild) ist die starke Bindung der Zitronensäure an die {111}-Flächen von Pd. Die Nanokristallform kann einfach über den Anteil von Na₂PdCl₄ und Zitronensäure im Reaktionsgemisch gesteuert werden.

Überlänge: Ein kapselförmiges wasserstoffverbrücktes Dimer kann durch Einbau von vier, acht oder zwölf Glycoluril-Einheiten (siehe Bild) verlängert werden, sodass ein Hohlraum von maximal 21 Å Länge und 530 ų Volumen resultiert. Die ausgedehnten Strukturen sind chiral und können eine Reihe geradkettiger Alkane einlagern. Durch die Verlängerung mit gekrümmten oder Wasserstoffbrücken bildenden Einheiten sollten komplexere Kapseln zugänglich sein.

Chirale Aggregate aus achiralen Molekülen: Hochaufgelöste STM-Bilder von zwitterionischen organischen Dipolen auf Si(111)-7×7 lassen eine chirale Molekülanordnung erkennen (siehe Bild). Dichtefunktionalrechnungen belegen, dass eine Sulfonatogruppe als „elektrostatische Abschirmung“ fungieren kann, die das π-Gerüst organischer Moleküle vor freien Valenzen (dangling bonds) auf Halbleiteroberflächen schützt und so deren Abscheidung erleichtert.

Freie Wahl: Beide Enantiomere freier Homoallylamine mit zwei stereogenen Zentren (darunter ein quartäres) können nach Wunsch aus Vinylkupferintermediaten hergestellt werden, die sich von einem Vinyliodid oder einem Alkin ableiten (siehe Beispiele; die Sulfinylgruppe wird unter mild sauren Bedingungen einfach abgespalten). In diesem Eintopfprozess folgt auf die Homologisierung der Vinylkupferspezies mit Zink die Behandlung mit einem Sulfinyliminderivat.

Kooperation: Durch Michael-Addition und S_N2′-Reaktion können stabilisierte Carbanionen oder nucleophile Kohlenstoffatome von Enaminen intramolekular an α,β-ungesättigte Esterfunktionen addieren, die in Allylstellung eine Abgangsgruppe tragen (siehe Schema); als Produkte entstehen ungesättigte Carbocyclen. Die benötigten Ester sind durch eine Selen-vermittelte Alternative zur klassischen Baylis-Hillman-Reaktion zugänglich.

Es müssen nicht immer Thioester sein: Cryptophycin-Thioesterase (Crp TE) spaltet lineare Cryptophycine, die an aktivierte PEGA-Harze gebunden sind, und überführt sie in Makrolactone. Diese neuartige enzymatische Umwandlung an der Festphase wurde verwendet, um die Toleranz von Crp TE in Bezug auf Änderungen in der Substratstruktur zu untersuchen.

Periphere Alkengruppen steuern die nickelkatalysierte Kreuzkupplung von cyclischen Anhydriden mit Diorganozinkreagentien. Die dirigierende Wirkung korreliert mit der Stabilität der Nickel-Alken-Komplexe: Weniger gehinderte, terminale Doppelbindungen sind gegenüber internen Doppelbindungen bevorzugt.

Die starke Komplexierung des Chromophors Malachitgrün (MG, grün) mit dem G-Quadruplex (schwarz) des guaninreichen Einzelstrangoligomers d(G₂T)₁₃G erhöht die Fluoreszenzausbeute von MG um den Faktor 100. Ob ein G-Quadruplex innerhalb eines Strangs oder aus mehreren Strängen gebildet wird, hängt von der Oligomerkonzentration und der Ionenstärke der Lösung ab.

Ein Hoch auf die DNA: Hoch enantioselektive Michael-Reaktionen in Wasser gelingen mit einem einfachen DNA-Katalysator. Mit Nitromethan oder Dimethylmalonat als Nucleophil und α,β-ungesättigten 2-Acylimidazolen als Michael-Akzeptoren wurden Enantioselektivitäten bis 99 % ee erhalten. Die Reaktionen lassen sich präparativ ausführen, und der Katalysator ist wiederverwendbar.

Die Natur überlistet: Der Austausch von Amid- und Alkengruppen durch 1,2,3-Triazol führte zu neuartigen Verbindungen mit gemischtem vanilloidem/cannabinoidem Wirkungsprofil. So zeigen die abgebildeten Amide (Bild oben) und ihre Triazol-Mimetika (unten) ähnliche agonistische (X=H) oder antagonistische (X=I) Aktivitäten gegen den TRPV1-Rezeptor, allerdings zeigt nur das Triazolderivat auch cannabinomimetische Aktivität.

100 Jahre nach Berthelots Vorhersage der Existenz von C₂O₃ wurde das doppelt geladene C₂O₃²⁺ als ein Produkt der Reaktion von CO₂²⁺ mit neutralem CO₂ erhalten (siehe Schema). Diese Beobachtung legt nahe, dass solche Bindungsbildungen einen höheren Stellenwert bei Reaktionen von Dikationen einnehmen als bisher vermutet.

Neue Nahrung für die [2+2+2]-Cycloaddition: Die basidiomyceten Sesquiterpenoide Pasteurestin A und B, die selektive antibakterielle Wirkung gegen Pasteurella haemolytica zeigen, wurden über eine [2+2+2]-Cycloaddition nach Vollhardt synthetisiert. Ihre bis dato unbekannten absoluten und relativen Konfigurationen wurden aufgeklärt, zudem wurden ihre biologischen Eigenschaften untersucht.

Pentaphosphaferrocen koordiniert als π-Ligand an das große Kation Tl⁺. Zusätzlich bindet ein Phosphoratom jeder cyclo-P₅-Einheit zum benachbarten Tl⁺-Ion, sodass ein eindimensionales Koordinationspolymer entsteht. In Lösung und im Festkörper wird auch bei tiefen Temperaturen eine schnelle Rotation der P₅-Ringe beobachtet.

Abgefangen: Zwei Wege führen unter sehr milden Bedingungen zum Phosphinidenoid-Komplex I, einem neuartigen Intermediat, das sich durch selektive Reaktionen, z. B. mit Methyliodid, Dimethylcyanamid oder Butyraldehyd nachweisen lässt; Reaktionsprodukte sind die Komplexe II, III und IV (siehe Schema).

Selektiv decarbonyliert: Für die Synthese optisch aktiver funktionalisierter 1,1-Diarylethane durch Decarbonylierung von β,β-Diarylpropionaldehyden wurde eine praktische Vorschrift ausgearbeitet (siehe Schema). Der Prozess kann als „Eintopf“-Sequenz aus 1,4-Addition und Decarbonylierung ausgeführt werden. Bei dieser neuen Synthesestrategie für optisch aktive Bausteine werden Aldehydfunktionen als entfernbare Steuerungsgruppen genutzt.

Wählerisches Silicium: Ein niedermolekulares Silan (C₁₃H₂₀Si, 204.38 g mol⁻¹) mit einem stereogenen Siliciumzentrum kann in dehydrierenden Si-O-Kupplungen enantiomere Rhodium-Substrat-Komplexe mit hervorragenden Selektivitätsfaktoren unterscheiden (siehe Schema; s=Selektivitätsfaktor).

Katalysator durch Selbstaktivierung: N-Glycosylimine A von planar-chiralen [2.2]Paracyclophancarbaldehyden bewirken eine effiziente Organokatalyse der Strecker-Synthese von α-Aminonitrilen, obwohl sie weder Wasserstoffbrückendonor- noch Brønsted-Säure-Funktionen enthalten. Sie aktivieren sich durch Deprotononierung von Blausäure selbst und katalysieren die Bildung sowohl aliphatischer als auch aromatischer Aminonitrile in hohen Enantiomerenüberschüssen.