Angewandte Chemie

Ein Ass serviert: Die erste regio- und enantioselektive Variante der chromkatalysierten Homoallenylierung eines Aldehyds wird von P. J. Guiry et al. in der Zuschrift auf S. 9316 ff. beschrieben. Der nicht-C₂-symmetrische Bis(oxazolin)-Ligand (Tennisschläger) wechselwirkt mit dem Cr-Dien-Komplex (Ball), der sich dem Aldehyd (Netz) von der Re-Seite nähert und präparativ wertvolle chirale β-Allenole liefert. Der Cr-Homoallen-Komplex bleibt aus dem Spiel!

Morphologie gezielt einzustellen gelang bei hochsymmetrischen organischen Mikrokristallen aus kleinen Molekülen durch Wechsel der Lösungsmittelzusammensetzung und der Löslichkeit der Edukte, was die Wachstumsgeschwindigkeit in der 〈100〉-Richtung relativ zu der in der 〈110〉-Richtung erheblich ändert. In der Zuschrift auf S. 9285 ff. stellen X. H. Zhang, S. T. Lee et al. die tensidgestützte Synthese von Mikrokristallen mit Formen von Würfeln über gekappte Würfel bis zu rhombischen Dodekaedern vor.

„Die größte Herausforderung für Wissenschaftler ist die Lösung der dringendsten Menschheitsprobleme: das Ersetzen fossiler Brennstoffe und die Bereitstellung von Trinkwasser. Was mich am besten inspiriert, ist Musikhören in freier Natur …“ Dies und mehr von und über Christof M. Niemeyer finden Sie auf Seite 9184.

John Wiley & Sons, Hoboken 2008. 198 S., geb., 57.90 €.—ISBN 978-0470058053

Wiley-VCH, Weinheim 2009. 266 S., Broschur, 24.90 €.—ISBN 978-3527325207

Durch Umpolen der Substituenten an einem Aziridinring entsteht der ringgeöffnete zwitterionische 1,3-Dipol nicht wie üblich durch Spaltung einer C-C-Bindung, sondern durch Spaltung einer C-N-Bindung. Dieser 1,3-Dipol reagiert mit Alkenen, Alkinen, Nitrilen und Carbonylverbindungen zu neuartigen [3+2]-Cycloaddukten, was die Vielfalt der durch 1,3-dipolare Cycloaddition zugänglichen N-Heterocyclen vergrößert. EWG: elektronenziehende Gruppe.

Das Problem der thermischen Instabilität von Nucleobasen kann durch Anwendung von Laserablation oder -desorption überwunden werden. Zwei neuartige Techniken, die Laserablation/Überschallstrahl-Mikrowellenspektroskopie und die ultraschnelle Elektronenbeugung/Laserdesorption, ermöglichten so die strukturelle Charakterisierung von Guanin (siehe Bild; die Pfeildicke gibt die Stabilität des Konformers an).

Die Wacker-Oxidation zur Umwandlung von Ethylen in Acetaldehyd ist einer der wichtigsten Prozesse der chemischen Industrie. Dieser Tage jährt sich zum fünfzigsten Mal die Erstveröffentlichung des Verfahrens in der Angewandten Chemie – Anlass für einen kurzen Rückblick auf den Gang der Ereignisse.

Spannend wie eh und je: Seit der Erstveröffentlichung des Wacker-Verfahrens vor 50 Jahren sind zahlreiche Studien zum Mechanismus dieser Reaktion erschienen, die nicht selten zu widersprüchlichen Schlussfolgerungen gelangten. Aus moderner Sicht ergibt sich ein komplexes Bild dieser metallorganischen „Lehrbuch-Reaktion“ mit starken Hinweisen darauf, dass ihr Mechanismus empfindlich von den Reaktionsbedingungen abhängt.

Supertalent: Im Bereich der Diaryliodoniumsalze waren in jüngster Zeit spannende Entwicklungen zu verzeichnen. Dank effizienter Syntheserouten sind diese hypervalenten Iodreagentien nun leicht zugänglich und finden immer mehr Anwendungen in der organischen Synthese, z. B. in Kreuzkupplungen, aber auch bei der Bildung von Benzinen bis hin zur Verwendung als Photoinitiatoren.

Motor abgewürgt: Mithilfe eines auf Malachitgrün beruhenden Assays gelang die Identifizierung von BTB-1 (siehe Bild), dem ersten niedermolekularen Inhibitor von Kif18A. BTB-1 hemmt die ATPase-Aktivität der rekombinanten Motordomäne von Kif18A in vitro reversibel (rot=Mikrotubulus, blau-schwarze Struktur=Kif18A) und wird ein nützliches Hilfsmittel für die Analyse der mechanochemischen Eigenschaften von Kif18A sein.

Manche mögen′s heiß: Eine neue Silicium-Lewis-Säure mit einem dreiwertigen, durch ein elektronenreiches Übergangsmetall stabilisierten Siliciumkation als „heißem“ Lewis-saurem Zentrum katalysiert anspruchsvolle Diels-Alder-Reaktionen bei niedrigen Temperaturen mit ausgezeichneten Reaktionsgeschwindigkeiten und Selektivitäten (Beispiel siehe Schema). Der Silyliumion-Katalysator ist in CH₂Cl₂ überraschend stabil.

Redox-kontrollierter Magnetismus: Die partielle Reduktion von Polyoxomolybdat-Baugruppen in Kepleraten hat einen erheblichen Einfluss auf den durch diese diamagnetischen Gruppen vermittelten magnetischen Superaustausch. Die Isolierung einer 16-fach reduzierten {Mo^V/VI₇₂Fe^III₃₀}-Spezies zeigt, wie solche Cluster mit definierter Besetzung der Spinzentren durch Raman-kontrollierte Reaktionsführung erhalten werden können.

Zwei in einem: Proteine binden normalerweise nur ein Enantiomer eines racemischen Liganden. Durch Proteinkristallographie konnte nun ein neuer Bindungstyp für chirale Wirkstoffe entdeckt werden: Das homodimere Enzym PhzA/B (die Monomere sind im Bild gelb und violett dargestellt) kann in seinem aktiven Zentrum beide Enantiomere eines racemischen Liganden (hell- und dunkelgrau) gleichzeitig aufnehmen (dunkelrot Br, blau N, hellrot O).

POMs de terre: Die Kombination wolframhaltiger Polyoxometallat(POM)-Fragmente mit Gadoliniumkationen führt zu besonders anisotropen Polyoxowolframaten. So ist das Titelpolyanion (siehe Struktur; W grün, As pink, Gd blau, O rot, H₂O cyan) fast 5 nm lang – dies macht seine Charakterisierung in Lösung anspruchsvoll, eröffnet aber auch neue Perspektiven zur Implementierung von POMs in der Nanotechnologie.

Verdrängungswettbewerb: Der Bindungsmodus hochpotenter Bisubstratinhibitoren der Catechol-O-Methyltransferase (COMT) wurde durch Kristallstrukturanalysen des ternären Komplexes mit COMT und Mg²⁺ bestimmt. Ein einzelnes, vom Liganden importiertes Wassermolekül wird verdrängt, wobei mindestens eine freie Bindungsenthalpie in Höhe von −1.8 kcal mol⁻¹ gewonnen wird, welche die energetisch ungünstige Konformation des Liganden im gebundenen Zustand kompensiert.

Licht am Steuer: Studien zum Mechanismus von AAQ, einem photoschaltbaren Blocker von Kaliumkanälen, führten zur Entwicklung photochromer Liganden (oben im Bild), die mit der internen Tetraethylammonium-Bindungsstelle wechselwirken (unten). Diese Moleküle lassen sich der Zelle von außen applizieren und machen Kaliumkanäle in lebenden Zellen für lange Zeit lichtempfindlich, was es ermöglicht, das Feuern von Neuronen mit Licht zu steuern.

Die Perfluoralkylierung von Gemischen höherer Fullerene ermöglichte den ersten direkten Nachweis der Bindungsmuster in C₉₄- (Isomer 61) und C₉₆-Fullerenkäfigen (Isomer 145). Grundlage war die Bestimmung der Additionsmuster der R^F-Gruppen an diesen größten bisher untersuchten Fullerenkäfigen durch Röntgenstrukturanalysen von C₉₄(CF₃)₂₀ (siehe Struktur; grau C, grün F) und C₉₆(C₂F₅)₁₂.

Von Katzenminze und Nierenkrebs: Nepetalacton, der psychoaktive Wirkstoff der Katzenminze ist das Ausgangsmaterial für die Totalsynthese eines cytotoxischen Naturstoffs. Das Guaian-Sesquiterpen Englerin A ist ein selektiver Inhibitor (1–87 nM) mehrerer Nierenkrebs-Zelllinien. Durch die vorgestellte Totalsynthese wurde die bislang unbekannte absolute Konfiguration aufgeklärt.

Gepaarte Strahler: Die phospheniumvermittelte Kupplung eines anellierten σ⁴-1λ⁵-[1,3,2]Diazaphosphols (oder cyclischen Iminophosphorans) liefert ein pseudo-chinoides Dikation mit ausgedehnter π-Konjugation (siehe Schema), das im nahen Infrarot (NIR) emittiert.

Je größer, desto röhrenförmiger? Die Charakterisierung des endohedralen Titelfullerens ergibt, dass es sich um den Prototypen einer neuen Klasse von Nanokapseln handelt, deren Kohlenstoffkäfig einer kleinen Kohlenstoff-Nanoröhre mit verschlossenen Enden gleicht. Dieses bemerkenswerte Molekül ist das bislang größte kristallographisch charakterisierte Fulleren und ist fast doppelt so groß wie klassisches C₆₀.

Salz der Erde: Die ersten chiralen Erdalkalimetallkomplex-Katalysatoren wurden entwickelt. Diese Katalysatoren erwiesen sich bei asymmetrischen Additionen von β-Dicarbonylverbindungen an Nitroalkene als sehr effektiv: Ausbeuten und Enantioselektivitäten sind hoch (bis 96 % ee).

Facettenreich: Die gezielte Synthese hochsymmetrischer niedermolekularer organischer Mikrokristalle mit Formen von Würfeln über angeschnittene Würfel zu rhombischen Dodekaedern (siehe Bild) gelang durch Änderungen in der Löslichkeit, die die Wachstumsgeschwindigkeit in 〈100〉-Richtung relativ zu der in 〈110〉-Richtung erheblich beeinflusst. Unterschiedliche Morphologien haben auch unterschiedliche optische Eigenschaften der Kristalle zur Folge.

Schwer verdaulich für Krebszellen: Potenziell zytotoxische Ferrocenylchinonmethide entstehen durch metabolische oder chemische Oxidation von Ferrocenylphenolen. Die Spezies wirken stark proliferationshemmend.

An die Quelle gegangen: Formamide oder die Stammamine wurden als Aminogruppenquelle bei der silbervermittelten Aminierung von Benzoxazolen eingesetzt. Während die Reaktionen der Formamide hohe Temperaturen erfordern, gelingt die direkte Aminierung mit Aminen bei sehr viel milderen Bedingungen (siehe Schema). Optisch aktive Aminogruppen konnten ohne Racemisierung eingesetzt werden.

A praktische α-Alkylierung von Ketonen und Aldehyden gelingt mit der Titelreaktion. Die moderate Lewis-Acidität von InI₃, GaBr₃ und FeBr₃ ist ein Schlüsselfaktor des Katalysezyklus, und eine Vielzahl unterschiedlicher Alkohole und Enolacetate wurde erfolgreich eingesetzt.

Leicht zugänglich ist ein chiraler Iridium-(H₈-Binapo)-Katalysator, der die hoch enantioselektive Hydrierung von Chinoxalinen bei hohen Substrat/Katalysator-Verhältnissen von 100 bis 20 000 vermittelt. Die neue Methode dient als praktischer Ansatz für die Synthese optisch aktiver Tetrahydrochinoxalin-Derivate (siehe Schema; cod=1,5-Cyclooctadien).

Taddol ist die Grundlage für L*, den Phosphoramiditliganden, der in der Titelreaktion unter annähernd neutralen Reaktionsbedingungen und bei Raumtemperatur die Erzeugung von Indanen mit quartären stereogenen Zentren in hohem Enantiomerenüberschuss ermöglicht. Tf=Trifluormethansulfonyl; DMAc=Dimethylacetamid.

Konjugierter „Agent“: Ein Gd^III-angereichertes DNA-Goldnanopartikel-Konjugat für die intrazelluläre Kernspintomographie und Fluoreszenzbildgebung wird vorgestellt. Das Reagens zeigt hohe Relaxivitäten pro Partikel und gutes Zellaufnahmevermögen, wodurch die Bildgebung kleiner Zellpopulationen möglich wird.

Angewandte Evolution: Bereiche der M.-jannaschii-Tyrosyl-tRNA_CUA, von denen man annimmt, dass sie mit dem Elongationsfaktor Tu wechselwirken, wurden randomisiert und die erhaltenen tRNA-Bibliotheken der In-vitro-Evolution unterworfen. Die dabei identifizierten tRNAs lieferten Proteine mit nichtnatürlichen Aminosäuren in deutlich höheren Ausbeuten. Manchmal hing das Ausmaß der Verbesserung von der Aminosäure ab.

Spiel, Satz und Sieg: Die erste regio- und enantioselektive Variante der Titelreaktion wird vorgestellt. Der in situ aus CrCl₃ und einem nicht-C₂-symmetrischen Bis(oxazolin)-Liganden 1 hergestellte chirale Katalysator liefert die nützlichen chiralen β-Allenole regioselektiv in guten Ausbeuten und mit ausgezeichneten ee-Werten. R=Aryl oder Alkyl.

Bergauf, bergab: Die Produkte der Hetero-Diels-Alder-Reaktion von Acrolein mit Methylvinylketon gehen aus einem einzigen Übergangszustand hervor (siehe Schema), und Trajektorienstudien sagen die Selektivität präzise voraus. In einer Erweiterung von Carpenters Konzept der dynamischen Zuordnung bestimmt die Bewegungsrichtung beim Durchgang durch den Übergangszustand die Selektivität der Produktbildung. Ausgeprägte Rückkehrtrajektorien führen zu einer verminderten Nebenproduktbildung.

Hefe im Silicatmantel: Einzelne lebende Zellen wurden mittels schichtweiser Selbstorganisation und biomimetischer Silicatisierung mit Siliciumdioxid ummantelt (siehe Bild). Hefezellen, die einer solchen Behandlung unterzogen wurden, zeigten eine dreifach längere Lebensdauer, und ihre Zellteilung ließ sich durch die Ummantelung gezielt unterdrücken.

Zu viel stört nicht: Paare von Leucin-Zipperpeptiden mit einem solvatochromen fluoreszenten Farbstoff werden durch Bildung einer 3α-helicalen Bündelstruktur fluorogen. Mit solchen Peptiden gelingt die In-situ-Fluoreszenzabbildung von Proteinen in Gegenwart der Fluoreszenzsonde im Überschuss (siehe Bild). Die Abbildung membrangebundener Proteine wird mit diesen Zipperpeptiden als funktionellen Marker-Sonden-Paaren vorgestellt.

Baugenehmigung: Bisher wurden neuartige DNA-Quadruplextopologien durch Zufall entdeckt. Mit dem hier vorgestellten System lassen sich nun auf der Grundlage des Winkels der Glycosidbindung von Guanosinen einige Regeln ableiten, um Quadruplextopologien vorherzusagen. Die Methode wurde auf bekannte Strukturen angewendet und genutzt, um neue selbstorganisierte DNA-Quadruplexe zu erhalten.

Direkt zum Ziel: Ein Peptid-Phospholipid-basierter biomimetischer Nanotransporter kann geladene Moleküle direkt in Cytosolkompartimente transportieren. Er nutzt einen nichtendocytotischen Aufnahmemechanismus, der durch einen Scavenger-Rezeptor Klasse B, Typ I (SR-BI) vermittelt wird. Das Fluoreszenzbild zeigt einen Farbstoff (rot) im Cytosol, der durch den Nanotransporter zu SR-BI-positiven Zellen (Kerne: blau, Membranen: türkis) gebracht wurde.

Hochaufgelöste Kristallstrukturen (siehe Bild) von Komplexen des zinkhaltigen Metalloenzyms Nicotinamidase mit Nicotin- und Pyrazinsäure offenbaren neue Aspekte der Enzymmechanismen, die die Aktivierung eines wichtigen Antituberkulose-Wirkstoffs erklären können.

Selektiv exponierte und durch eine einfache Hydrothermalsynthese erzeugte energiereiche {221}-Facetten mit vielen nichtabgesättigten Oberflächenbindungen, (111)-Terrassen und (110)-Stufen (unteres Bild) auf oktaedrischen SnO₂-Nanopartikeln (oben) machen diese zu besseren Gassensoren als Partikel mit anderen Formen. Die Sensoraktivität ist proportional zum Anteil an {221}-Facetten auf den zugänglichen Oberflächen.

Die Kunst des Proteinnähens: D-Cys-ε-Lys und sein Diastereomer L-Cys-ε-Lys lesen durch das UAG-Codon (siehe Schema). Da die gebildeten Proteine in der nativen chemischen Ligation (NCL) eingesetzt werden können, sind so Proteine zugänglich, die chemoselektiv durch eine Peptidseitenkette an der ε-Position eines rational gewählten Lysinrests modifiziert (z. B. ubiquitinyliert) sind.

Das selektive Zerstören von Nitrilotriessigsäure-Einheiten an einer Polyethylenglycol-Polymerbürste durch eine lichtinduzierte Fenton-Reaktion ermöglichte es, Motorproteine in funktionelle Mikromuster zu organisieren (siehe schematische Darstellung). Mikrotubuli wurden von diesen Strukturen selektiv eingefangen, und ein Adenosintriphosphat-abhängiger Transport entlang von Linien wurde beobachtet.