Angewandte Chemie

Nanocontainer aus Zeolith-A-Kristallen wurden mit Fluoreszenzfarbstoffen befüllt und als Kern eines “Kasten-im-Kasten”-SiO₂-Konstrukts, ähnlich einer russischen Matroschka, verwendet, wie A. Guerrero-Martínez, L. de Cola et al. in der Zuschrift auf S. 1292 ff. schildern. Die anisotropen Kerne und isotropen Schalen des Mehrfarbemittersystems sind durch eine Polyelektrolytschicht getrennt und können unabhängig voneinander angesteuert werden. Dieser Aufbau eröffnet faszinierende Perspektiven für multifunktionelle Nanosysteme.

Supramolekulare Proteinpolymere aus Cytochrom-b₅₆₂-Monomeren, die Häm kovalent an die Proteinoberfläche gebunden haben, werden von T. Hayashi et al. in der Zuschrift auf S. 1297 ff. vorgestellt. Es wurden zum einen eindimensionale submikrometerlange Hämoproteinfasern hergestellt, zum anderen bildeten sich in Gegenwart einer Hämtriade als Gelenkmolekül zweidimensionale Proteinnetzwerke von mehr als 100 Quadratmikrometern.

Als leistungsstarke Methode zum Aufbau relativ komplexer Moleküle, die eine 1,2-Diamineinheit enthalten, haben sich neue Transformationen auf dem Gebiet der Übergangsmetall-katalysierten Diaminierung von Alkenen erwiesen (siehe Schema). In diesem Highlight wird ein Überblick über entsprechende Methoden inklusive asymmetrischer Varianten gegeben.

Vielfalt ist Trumpf: Die Synthese einer Bibliothek naturstoffähnlicher Moleküle mit bislang unerreichter Gerüstdiversität wurde kürzlich beschrieben. Die entwickelte Methode markiert einen wichtigen Fortschritt in der Synthesechemie zur schnellen Erzeugung von strukturell diversen und komplexen Molekülen.

Quantenmechanische/molekülmechanische (QM/MM-)Verfahren sind die Methode der Wahl für die theoretische Behandlung reaktiver oder anderer elektronischer Prozesse in Biomolekülen. Der Aufsatz diskutiert methodische Aspekte des QM/MM-Ansatzes, seine Verwendung in Optimierungs- und Simulationsstudien sowie verschiedene Anwendungsfelder, immer im Hinblick auf biomolekulare Systeme.

Mehrwandige WS₂-Nanoröhrentemplate fungieren als Wirte zur Herstellung von PbI₂@WS₂-Kern-Schale-Nanoröhren durch kapillare Benetzung. Winkelgetreues Wachstum von PbI₂-Schichten auf der Innenwand der relativ weiten (ca. 10 nm) WS₂-Nanoröhren führt zu Nanoröhrenstrukturen, die in engen Kohlenstoff-Nanoröhrentemplaten nicht beobachtet wurden. Eine simulierte HR-TEM-Aufnahme nach Strukturmodellierung (siehe Bild) stimmt gut mit dem experimentellen Bild überein.

Eine Frage der Einstellung: Die Einführung einer Zn²⁺-Dotierung in tetraedrischen Positionen ermöglicht das Einstellen des Magnetismus von Metallferritspinell-Nanopartikeln (siehe Bild). (Zn_0.4Mn_0.6)Fe₂O₄-Nanopartikel zeigen den bislang höchsten Magnetisierungswert für Metallferrit-Nanopartikel. Diese hohe Magnetisierung ergibt einen besonders starken MRI-Kontrast und ausgeprägte Hyperthermie-Effekte im Vergleich zu üblichen Eisenoxid-Nanopartikeln.

Weg mit Blei: Der Fluoreszenzrezeptor im Titel zeichnet sich durch eine hohe Affinität und Selektivität für Pb²⁺ gegenüber konkurrierenden Metallionen in Wasser aus (siehe Bild), wobei der Faktor der gesamten Emissionsänderung am Emissionsmaximum für Pb²⁺ etwa 8 beträgt. Der Fluoreszenzrezeptor kann 96 % von 100 ppb Pb²⁺ aus menschlichem Blut entfernen und eignet sich für die effektive, selektive und schnelle Entfernung von Pb²⁺ in vivo.

Alles im Fluss: Ein Verfahren wurde entwickelt, mit dem das erste trägerfixierte Quecksilbersalz – Silaphenylquecksilbertriflat – hergestellt werden konnte. Dieses Salz zeigt eine bemerkenswerte katalytische Aktivität in einer Indolsynthese, in Tandemcarbocyclisierungen sowie in Furanoin- und Arylincyclisierungen. Ein effizienter Strömungsreaktor für die Indolsynthese und die Arylincyclisierung wird vorgestellt (siehe Bild).

Über kurz oder lang: Eine verbesserte Methode zur Synthese von Ethylenglycol (EG)-Oligomeren eröffnet den Zugang zu 16- und 32-meren, die rein genug für einen mehrfachen Einbau sind, sowie zum bisher längsten (48-meren) einzelnen EG-Oligomer. Die hohe Reinheit ermöglichte die ersten Kristallisationen und damit die ersten Einblicke in sekundäre 3₁₀-helicale PEG-Strukturen.

Keine Anreicherung nötig: Eine empfindliche NMR-Spektroskopiemethode wurde entwickelt, die gut aufgelöste 2D-Spektren (¹⁵N-¹H und ¹³C-¹H) von großen Molekülen (wie Biopharmazeutika) liefert, ohne dass eine Isotopenanreicherung erforderlich ist. Diese Methode gab Einblicke in die Strukturen zweier lyophilisierter Aprotininproben sowie dreier Insulinproben in lyophilisierter, mikrokristalliner Suspension (rot; siehe Bild) und Fibrillenformen (grün).

Eine späte Zwischenstufe: Der Nichthäm-Eisen(IV)-Oxo-Komplex [Fe^IV(O)(bqen)(L)]ⁿ⁺ (bqen=N,N′-Dimethyl-N,N′-bis(8-chinolyl)ethan-1,2-diamin, L=CH₃CN oder CF₃SO₃⁻) aktiviert die C-H-Bindungen von Alkanen und Alkoholen durch Wasserstoffatomabstraktion. Die katalytische Oxidation dieser Spezies soll durch eine bei Oxidationsreaktionen hoch aktive Nichthäm-Eisen(V)-Oxo-Spezies erfolgen (siehe Bild).

Kopf oder Zahl? Die Entwicklung der strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Zinn-Phthalocyanin-Filmen wurde von einer Submonoschicht- bis zu einer Multischichtbedeckung mithilfe der Niedertemperatur-Rastertunnelmikroskopie analysiert. Zwei Molekülkonformationen wurden beobachtet: zufällig verteilt in der ersten Schicht und als Inseln mit einer einzigen Konformation in den folgenden Schichten.

Vielfarbig fluoreszierende Container: Multifluoreszierende farbstoffmarkierte Zeolith-L-Kristalle mit lumineszierenden anisotropen Kernen und isotropen Hüllen wurden durch Beschichten mit Kieselgel erhalten. Dazu wurde der Aufbau von Polyelektrolytschichten mit einer Stöber-Synthese kombiniert (siehe Schema, TEM-Bild und fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen).

Supramolekulare Proteinpolymere: Wenn eine Hämeinheit an der Oberfläche einer Apo-Cytochrom-b₅₆₂(H63C)-Mutante eingeführt wird, entstehen durch nichtkovalente Wechselwirkungen zwischen Hämtaschen supramolekulare Polymere. Der Einbau einer Hämtriade als Angelmolekül in das Proteinpolymer führt zu einer zweidimensionalen Proteinnetzwerkstruktur, die mithilfe der Rasterkraftmikroskopie im intermittierenden Modus sichtbar gemacht wurde (siehe Bild).

Drang nach draußen: Mit Cyclodextrinen (CDs) an photochemisch spaltbaren Linkern beschichtete mesoporöse Siliciumoxidnanopartikel entlassen eingeschlossene Spezies unter Bestrahlung und gehen einen Sol-Gel-Übergang ein, der durch molekulare Erkennung ausgelöst wird (siehe Bild). Unter UV-Bestrahlung werden Gastmoleküle aus den Poren freigesetzt, indem ein CD-„Deckel“ entfernt wird, der über einen photochemisch spaltbaren o-Nitrobenzylester auf der Oberfläche verankert war.

Doppelt schön: Die Titelreaktion wurde mithilfe einer Kombination aus Lewis-Basen- und Iminium-Aktivierung entwickelt (siehe Schema). Sie verläuft mit ausgezeichneten Ausbeuten und ee-Werten, und die Produkte können zudem mit ausgezeichneter Erhaltung der Konfiguration in Einzelenantiomere eines substituierten Pyrrolidins überführt werden.

Die stereospezifische Kondensation eines vollständig funktionalisierten Ketalaldehyds mit einer 2,6-Dihydroxybenzoesäure ist der entscheidende Schritt bei der Synthese von (−)-Berkelsäure und bestätigt Fürstners Neuzuordnung der Konfiguration von C18 und C19; damit ist die absolute Konfiguration dieser beiden Positionen abgesichert. Darüber hinaus kann auch eine vorläufige Zuordnung der Konfiguration von C22 getroffen werden.

Fliehendes Formyl: Die vorgestellte rhodiumkatalysierte Hydroformylierung von N-Allyloxazolidinen in einer CO/H₂-Atmosphäre mit anschließender diastereoselektiver deformylierender Cyclisierung liefert in guten Ausbeuten Hexahydropyrrolo[2,1-b]oxazole. Die Reaktion verläuft als einzigartige Hydroformylierungs-Deformylierungs-Folge, bei der die Formylgruppe gewissermaßen die {CH₂O}-Einheit des Oxazolidinheterocyclus ersetzt.

Die Bindungsstärke zählt: Die Werte für den kinetischen Isotopeneffekt (KIE) bei der Spaltung von C-H-Bindungen durch zwei verwandte Oxoeisen(IV)-Komplexe zeigen eine ungewöhnliche Abhängigkeit von der C-H-Bindungsstärke: Große, nichtklassische KIE-Werte treten bei Bindungsstärken unter 93 kcal mol⁻¹ auf, semiklassische Werte darüber (siehe Bild; DHA=9,10-Dihydroanthracen). Dieses unerwartete Verhalten lässt sich mithilfe eines Zwei-Zustands-Reaktivitätsmodells verstehen.

Ein Sonderfall: Ungewöhnliche Substrate für die Tsuji-Trost-Allylierung sind Allylfluoride, die palladiumkatalysierte Substitutionen eingehen. Ihre Aktivität bei dieser Reaktion folgt der Reihe OCO₂Me>OBz≫F≫OAc. Die klassische Stereoretention als Folge einer Serie von Inversionen tritt in diesem Fall nicht auf.

Der hoch selektive Inhibitor Gal-PUGNAc (siehe Bild) für die β-Hexosaminidasen HEXA und HEXB ist zellgängig und moduliert die Aktivität von HEXA und HEXB in Gewebekulturen in einer Weise, dass die Spiegel des Gangliosids GM2 erhöht werden. Gal-PUGNAc sollte es ermöglichen, die Rolle dieser Enzyme auf der Zellebene zu analysieren, ohne dass durch gleichzeitige Inhibition der O-GlcNAcase ein chemisch komplexer Phänotyp entsteht.

Abkürzungen genommen: Eine bemerkenswert kurze und ergiebige asymmetrische Totalsynthese von (−)-Oseltamivir beruht auf organokatalytischen Umsetzungen und Dominoreaktionen. Die als Tamiflu bekannte Zielverbindung wird in kurzer Zeit effizient erhalten, und auch Derivate können effektiv synthetisiert werden.

Die anfängliche Struktur von Kristallkeimen hängt vom Grad der Übersättigung ab. Bei niedrigen Übersättigungen entstehen flüssigkeitsartige Kristallkeime, die mit zunehmender Größe N einen kontinuierlichen Strukturübergang zu kristallartigen Keimen vollziehen. Dieses allmähliche Wachstum führt zu einer erniedrigten Keimbildungsbarriere ΔG*, und im Vergleich zur anfänglichen Bildung kristallartiger Cluster ist die Keimbildung erleichtert.

Fähige Alkohole: Die schwierige enantioselektive katalytische α-Alkylierung von Aldehyden, eine lange gesuchte Umwandlung, wurde mithilfe von Alkoholen mit der Fähigkeit zur Stabilisierung von Carbokationen erreicht (siehe Schema, TFA=Trifluoressigsäure).

Neuer Anlauf: Eine hocheffiziente Synthese des Propargylmesylat-Fragments von Azadirachtin wurde entwickelt (siehe Schema; Bn=Benzyl, Ms=Methansulfonyl, PMB=para-Methoxybenzyl, TBDPS=tert-Butyldiphenylsilyl). Eine enantioselektive katalytische Hetero-Diels-Alder-Reaktion liefert das C15-Stereozentrum, das anschließend den weiteren Aufbau des Moleküls in insgesamt nur 17 Stufen steuert.

Bevorzugte Protonierung: Produziert Elektrospray-Ionisierungsmassenspektrometrie Gasphasen- oder Flüssigphasenstrukturen? Die bevorzugte Protonierungsstelle in para-Aminobenzolsäure hängt vom Medium ab, und die Struktur ihrer konjugierten Säure variiert mit dem Lösungsmittel, das beim Sprayvorgang eingesetzt wird.

Es geht auch mit weniger: Der difunktionelle Komplex 1 erleichtert die Wechselwirkung mit Substraten, die weniger elektrophile Kohlenstoffatome enthalten als Ketone, Epoxide und Imide. Die Titelreaktion konnte für die Reduktion von Evans' asymmetrischen Alkylierungsprodukten zu den chiralen Alkoholen genutzt werden, wobei das chirale Oxazolidinon-Auxiliar zurückgewonnen wurde. EWG=elektronenziehende Gruppe.

Eine nützliche Entdeckung: Aziridiniumbromide wurden zufällig bei der Bromierung von N,N-dicarboxymethylierten β-Aminoalkoholen entdeckt. Die regiospezifische Ringöffnung und Umlagerung der isolierten, erstaunlich stabilen Aziridiniumsalze liefert nützliche Moleküle einschließlich C-funktionalisierter Oxomorpholine und α,β-ungesättigter Amine.