Dynamische kovalente Chemie

Die dynamische kovalente Chemie befasst sich mit reversiblen chemischen Reaktionen, die man unter Gleichgewichtsbedingungen ausführt. Mit der Reversibilität von Reaktionen ist die Möglichkeit gegeben, Synthesen, die auf der Basis einer dynamischen kovalenten Chemie ablaufen, auf Fehler abzusuchen und „korrekturzulesen“. Da die Bildung der Produkte thermodynamisch kontrolliert ist, hängt die Produktverteilung lediglich von der relativen Stabilität der Endprodukte ab. Im Unterschied dazu bestimmen bei kinetisch kontrollierten Reaktionen die Differenzen der Freien Energien der Übergangszustände das Verhältnis der Produkte. Die Supramolekulare Chemie übte bisher auf zweierlei Ebenen einen gewaltigen Einfluss auf die Synthesechemie aus – zum einen bei der Synthese nichtkovalenter Verbindungen, der Selbstorganisation im engeren Sinne, und zum anderen bei der supramolekular unterstützten molekularen Synthese, der Selbstorganisation mit nachfolgender kovalenter Modifizierung. Die Synthese nichtkovalenter Verbindungen bereitete den Weg zu diskreten Supermolekülen und unendlichen supramolekularen Anordnungen. Die supramolekular unterstützte Synthese kovalenter Verbindungen nutzte man bisher zum Aufbau komplexerer Systeme wie mechanisch verknüpfter molekularer Verbindungen (z. B. Catenane, Rotaxane, Containermoleküle und molekulare Kapseln). Die vielversprechende Aussicht, diese Art von komplexen molekularen Architekturen auch über reversible Reaktionswege zu synthetisieren, führte zur Entwicklung der dynamischen kovalenten Chemie. Historisch gesehen spielte die dynamische kovalente Chemie eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der Konformationsanalyse, weil sich dadurch in manchen Fällen mit einer Base (z. B. bei Estern) und in manchen Fällen mit einer Säure (z. B. bei Acetalen) die Möglichkeit ergab, Konfigurationsisomere miteinander ins Gleichgewicht zu setzen. Diese stereochemischen „Balanceakte“ offenbarten einen weiteren großen Vorteil der dynamischen kovalenten Chemie, der in kinetisch kontrollierten Systemen nicht so leicht zugänglich ist: die Fähigkeit, über die Reaktionsbedingungen, z. B. über Konzentration, Temperatur, An- oder Abwesenheit eines Templats, die Produktverteilung einer Reaktion neu einzustellen, selbst wenn sich bereits Produkte gebildet haben. Diese einleuchtende und dennoch ausgesprochen subtile Eigenschaft von dynamischen kovalenten Systemen führte zu zentralen Entdeckungen in der Polymerchemie. In diesem Aufsatz werden anhand einiger neuerer Beispiele die grundlegenden Konzepte der dynamischen kovalenten Chemie erläutert und gezeigt, wo diese eingesetzt werden kann.