Angewandte Chemie

Biomolekulare Nanomuster lassen sich mit dem von Z. Gu, S. Huang und Y. Chen in der Zuschrift auf S. 970 ff. vorgestellten Verfahren schnell und mit einer Auflösung bis herunter zu 10 nm auf einer großen Fläche erzeugen. Die mit unterschiedlichen Biomolekülen bedeckten magnetischen Nanopartikel werden mithilfe eines Magnetfelds abgeschieden und mithilfe eines elektrischen Felds auf Nanoelektroden immobilisiert. Diese heterogenen biomolekularen Nanomuster können auf Polymerfilme für eine Vielzahl an biomedizinischen Anwendungen gedruckt werden.

Eine einsame Insel veranschaulicht die schwache Koordinationswirkung eines sterisch abgeschirmten Kations, wie S. A. Miller et al. in der Zuschrift auf S. 974 ff. beschreiben. Solche sterisch gehinderten Kationen sind komplementär zu schwach koordinierenden Anionen geeignet, um Kation-Anion-Wechselwirkungen zu minimieren. Die sterischen Unterschiede spiegeln sich in den Absorptionsmaxima der Komplexe wider und können so mit bloßem Auge erkannt werden (grün oder violett).

Aller guten Dinge sind drei: Diazocarbonyl-Verbindungen lassen sich mithilfe chiraler Cobalt(II)-Porphyrin-Katalysatoren hoch selektiv an Olefine addieren, wobei sich funktionalisierte Cyclopropane bilden (siehe Schema). Die Katalysatoren sind durch Kupplungsreaktionen einfach zugänglich, und die Cyclopropanierungen verlaufen mit hoher Ausbeute, außergewöhnlich hoher Diastereoselektivität und exzellenter Enantiokontrolle.

Inhibition oder Abbau? microRNAs wurden bisher vor allem als Translationsinhibitoren angesehen, obwohl auch Auswirkungen auf die Stabilität der reprimierten mRNAs bekannt waren. Zwei Arbeitsgruppen haben nun das Ausmaß, mit dem jeder dieser Mechanismen an der Repression beteiligt ist, quantifiziert. Die überraschende Schlussfolgerung lautet, dass die Inhibition der Translation nur einen sehr geringen Einfluss hat!

Molekulare Leuchtsignale (MBs, „molecular beacons“) sind spezifisch entworfene DNA-Haarnadelstrukturen (siehe Bild), die als Fluoreszenzsonden für zahlreiche bioanalytische Anwendungen wie Gendetektion, mRNA-Monitoring und Biosensorik eingesetzt werden. Jüngste Forschungen auf diesem Gebiet haben vielseitige Strategien für die gezielte Optimierung von MBs hervorgebracht.

Zukunft der Nanomedizin: Vielfältige Funktionen können in Nanopartikelsysteme zum Wirkstofftransport integriert werden. Das Schema eines Nanovektors der dritten Generation vermittelt einen Eindruck hiervon: Außen befinden sich Erkennungseinheiten zur Wechselwirkung mit Zielzellen und biologischen Barrieren, im Inneren warten wirkstoffbeladene Nanopartikel, die den Vektor im richtigen Moment verlassen und ihre Ladung gezielt freisetzen.

Bindungsmotive von Aminopyrazolderivaten mit verschiedenen Peptiden in der Gasphase wurden durch die Aufnahme von massen- und isomerenselektiven IR/UV-Spektren untersucht. Die Effizienz der Verkappung von β-Faltblattmodellen wurde durch die Analyse der H-Brücken bestimmt (siehe Bild). Dies liefert Informationen zu intrinsischen Eigenschaften sich bildender Aggregate, wie sie auch in Proteinfaltungskrankheiten auftreten können.

Reversible H₂-Aktivierung: Der neuartige Ruthenium(II)-Komplex mit kooperativem PNP-Enamidoliganden (A) aktiviert heterolytisch zwei Äquivalente H₂ unter reversibler Hydrierung zum Amido- (B) und Aminokomplex (C). B weist die bisher höchsten berichteten Aktivitäten bei der Dehydrokupplung von Amminboran auf.

Mit einfachsten Mitteln: Eine metallfreie, hoch enantioselektive, Brønsted-Säure-katalysierte Kondensations-Additions- Reaktion zum Aufbau von 2,3-Dihydrochinazolinonen ausgehend von 2-Aminobenzamid und einem Aldehyd wurde entwickelt (siehe Schema). Damit steht nun ein effizienter Zugang zu den nützlichen enantiomerenangereicherten 2,3-Dihydrochinazolinonen zur Verfügung – besonders auch zu deren S-Enantiomeren, die weit aktiver als die R-Enantiomere sind.

Zwei neuartige Synthesestrategien wurden für die Synthese der drei Naturstoffe Geovanin, Marcanin A und Kalasinamid entwickelt. Hiermit gelang erstmalig die Totalsynthese von Geovanin in einer neunstufigen Sequenz. Die Verbindungen sind für ihre Antimalaria- und Antitumoraktivität bekannt, und Tests bestätigen die hohe Zytotoxizität von Marcanin A.

Nach 50 Jahren wurde der Aufbau des zwölfgliedrigen cyclischen Gerüsts von Bottromycin A₂ (3) mithilfe von NMR-Experimenten (HMBC) belegt, und die Konfigurationen zweier tLeu-Reste wurden aus Konformationsanalysen und NMR-Experimenten abgeleitet. Schlüsselschritt der Synthese von 3 ist die quecksilbervermittelte Bildung des Amidins aus dem Thioamid 1 und dem Amin 2.

Phenol-menal: Bis zu 100 g von neuartigen Imidazol-Phosphan-Liganden wurden nach einem bequemen Lithiierungs-Phosphorylierungs-Protokoll synthetisiert. Die luft- und feuchtigkeitsbeständigen Phosphane erwiesen sich in der palladiumkatalysierten selektiven Hydroxylierung von Arylhalogeniden als erfolgreich (siehe Schema, dba = Dibenzylidenaceton).

Ordentlich gefaltet: Ein dekameres β-Peptid weist enzymähnliche katalytische Eigenschaften auf. Das Foldamer enthält eine terminale Heptanoyleinheit und hat ein thermostabiles Gerüst, das Seitenketten mit Ammoniumgruppen anordnet. Durch einen Iminmechanismus beschleunigt es eine Retroaldolreaktion (siehe Schema) um mehr als drei Größenordnungen.

Molekulare Wirtschaft – vier aus einem: Nanoskalige Bänder, Röhren, Vesikel und Plättchen bilden sich durch Selbstorganisation einer einzigen kovalent verknüpften Einheit auf Basis eines amphiphilen Perylendiimids, das mit einer Terpyridineinheit funktionalisiert ist (siehe Bild). Die Vielfalt erklärt sich mit einer Kombination von hydrophoben Wechselwirkungen und der Koordination unterschiedlicher Metalle.

Zink statt Druck: Der neuartige Dizinkkomplex 1 eines makrocyclischen Liganden vermittelt die Copolymerisation von Kohlendioxid und Cyclohexenoxid mit erstaunlicher Aktivität – selbst wenn der CO₂-Druck nur 1 atm beträgt. (TON und TOF sind die Umsatzzahl bzw. -frequenz.)

Ein Acyltriphosphiren-Ligand überträgt ein O-Atom auf Nb, wobei ein mutmaßliches Triphosphacyclobutadien-Intermediat [RCP₃{W(CO)₅}₂] freigesetzt wird, das [2+4]-Cycloadditionen mit einem organischen Dien und einem Phosphaalkin eingeht (siehe Schema; P orange, O rot, W violett, C weiß). Die zweite Reaktion ergibt das Dewar-Isomer eines Tetraphosphabenzols, das in ein Tetraphosphabenzvalen mit einer Z-Diphosphen-Einheit überführt werden kann.

Die Großen nach unten: Nanopartikel werden durch Zentrifugieren in einem Medium mit Dichtegradienten nach der Größe der Partikel, dem Clusterungsgrad und der Dichte (ρ) des Kernmaterials sortiert (siehe Bild; d=Sedimentierungsabstand). Wechselwirkungen zwischen kolloidalen Partikeln und stabilen Festphasen werden so verhindert. Mit dieser Trennmethode kann auch die Größenverteilung in einer kolloidalen Suspension analysiert werden.

Das ganze Spektrum: Elektrochemische Oxidation und Reduktion führen dazu, dass das inverse Opalgitter eines elektroaktiven Polymergels quellt bzw. schrumpft. Dabei lässt sich die Wellenlänge des Streulichts von Ultraviolett über den gesamten sichtbaren Bereich bis hin zum Nahinfrarot einstellen (siehe Bild).

Dendritische Zellwandmimetika: Cholin bindende Proteine aus Streptococcus pneumoniae erkennen unterschiedliche Cholin-Architekturen auf bakteriellen Zellwänden. Cholinfunktionalisierte Dendrimere hemmen diese lebenswichtigen Enzyme stark, und mit einer 10³- bis 10⁴-fach höheren Affinität als freies Cholin: So werden Autolyse und Zelltrennung in Bakterienkulturen durch Konzentrationen im niedrigen mikromolaren Bereich inhibiert (siehe Bild).

Malen nach Zahlen? Magnetische Nanopartikel (MNPs), die mit bestimmten Biomolekülen beschichtet sind (siehe Bild), lassen sich mithilfe von magnetischen und elektrischen Feldern kontrolliert auf Nanoelektroden abscheiden. Von diesen Templaten können die MNP-Biomolekül-Konjugate dann auf ein biokompatibles Polymersubstrat übertragen werden. Der magnetisch und elektrisch gesteuerte Lithographieprozess kann große Bereiche mit beliebigen Mustern belegen, wobei eine Auflösung bis hinab zu 10 nm möglich ist.

Die Aktivierung von Zirconocenen auf Fluorenbasis mit Methylaluminoxan (MAO) führt zu einer Rotverschiebung des Absorptionsmaximums, die proportional zur Größe des Metallocens ist (siehe die abgebildeten Potentialflächen). Die Polymerisationsaktivität korreliert direkt mit der Farbe; demnach sind sperrige Zirconocenium-Katalysatoren schwach koordinierende Kationen, die analog zu schwach koordinierenden Anionen die Kation-Anion-Wechselwirkungen verringern.

Ein präorganisierter Reißverschluss: Der entropische Aufwand für die Doppelstrangbildung ist beim vereinfachten Nucleinsäureanalogon GNA (Glycolnucleinsäure) deutlich kleiner als bei einer DNA. Dieser Befund wird durch eine konformative Präorganisation der Einzelstränge in Kombination mit besonders günstigen Stapelwechselwirkungen im GNA-Doppelstrang erklärt (siehe Bild).

Lieferung erster Klasse: Kern-Schale-Nanoaggregate entstehen in Gegenwart einer hydrophoben Gastverbindung aus einem hydrophil-hydrophilen Blockcopolymer mit einem Block, der β-Cyclodextrin enthält (siehe Bild). Die Polymere können unterschiedliche Gastmoleküle aufnehmen, und über den Empfindlichkeitsunterschied kann die Freisetzungsgeschwindigkeit reguliert werden. Je nach Gastmolekül können auch Polyionenkomplex(PIC)-Micellen gebildet werden.

Nichts wie raus! Die zeitlich und räumlich gesteuerte Freisetzung von Farb- oder Wirkstoffmolekülen gelingt mithilfe photokatalytisch aktiver TiO₂-Nanoröhren (siehe Bild). Die Bindung zwischen den aktiven Molekülen und den Nanoröhren, die mit magnetischen Fe₃O₄-Nanopartikeln gefüllt sind, wird durch UV-Bestrahlung gespalten. So entweicht die Ladung, bevor photochemisch erzeugte Radikale sie zersetzen können.

Aromatisch und doch anders: 1,2-Dihydro-1,2-azaborin, ein organisch/anorganisches Benzol, ist ein stabiles aromatisches Molekül, das sich dennoch von seinen isoelektronischen „organischen“ (Benzol) und „anorganischen“ Analoga (Borazin) unterscheidet. Die experimentell ermittelten Struktur-, spektroskopischen und chemischen Daten werden durch Rechnungen auf hohem Theorie-Niveau bestätigt.

Ein dreidimensionales, biokompatibles Hydrogel (siehe Bild) wurde mithilfe zweier kationischer Polymere, Chitosan und Polyethylenimin, erhalten. Die Hydrogele waren unter Zellkulturbedingungen stabil, erleichterten die Zellproliferation und verhinderten zugleich die Entdifferenzierung primärer menschlicher Gerüstzellen in Fibroblasten. Eine Vielzahl an Materialien wie DNA, Proteine und Peptide kann stabil in das Gelnetzwerk eingebaut werden.

Standhaft: Die Bildung stabiler und geordneter freistehender Partikelbrücken und hohler Kapselstrukturen mit einstellbaren Größen und Geometrien gelingt durch die Kombination der gerichteten Assoziation submikrometergroßer Partikel mit Transferdrucken und schichtweiser supramolekularer Selbstorganisation.