Die Synthese enantiomerenreiner Verbindungen ausgehend von achiralen Vorläufern ist heute wohl eine der größten Herausforderungen an die organische Synthese. Ein möglicher Weg, dieses Ziel zu erreichen, findet seinen Ursprung in Untersuchungen über die „Selbstregeneration von Stereozentren”︁ (SRS). Dieses Syntheseprinzip wurde mit Verbindungen realisiert, die ein Chiralitätszentrum aufweisen, z. B. die natürlich vorkommenden enantiomerenreinen Aminosäuren. In neuerer Zeit wurden die Erkenntnisse auch auf achirale Verbindungen wie Glycin, 3-Aminopropionsäure und Acetessigsäure ausgedehnt. Die Methoden haben breite Anwendung in der Synthese von nichtproteinogenen und von radioaktiv markierten Aminosäuren gefunden und sind besonders zur Synthese von Naturstoffen mit tertiären C-Atomen von großem Nutzen.

Rückblickend schwer verständlich ist, wie die Chemikerwelt auf die Theorie zur Aromatizität und Antiaromatizität von Erich Hückel ursprünglich reagiert hat. Die Entwicklungen nachzuzeichnen, Gründe für die mangelnde Akzeptanz aufzuzeigen und moderne Bestätigungen der breiten Gültigkeit der Theorie trotz ihrer erheblichen Vereinfachungen vorzustellen sind die Ziele dieser Übersicht.

Im ersten Carbotetrakation, 1, sind die geladenen Gruppen an einem Adamantangerüst tetraedrisch angeordnet. Carbokationen sind längst nicht mehr nur eine Domäne der physikalisch-organischen Chemie, sie spielen auch eine Rolle in der metallorganischen Chemie und in der Biochemie, wie ein Samarocenkomplex mit einem Norbornadienylkation-Fragment und der Begriff „Olah-Enzym”︁ zeigen.

Die β-Schleife avancierte in den letzten Jahren zum Designprinzip in der Peptid-basierenden Wirkstofforschung. Aus dem Gebiet der antiadhäsiven RGD-Mimetica wurde jüngst berichtet, daß in cyclischen Pentapeptiden 1 mit gleicher Leitsequenz die Rezeptorselektivität im Typ der β-Schleife kodiert ist. Dabei invertiert der Wechsel im Schleifentyp von βII′ nach βI das Selektivitätsprofil einer ursprünglich antithrombotisch wirkenden zu einer antimetastatischen Verbindung.

Durch die Einelektronenreduktion des Rhodiumkomplexes 1 gelang es erstmals, ein „Dimer”︁ mit Metall-Metall-Bindung in ein 1D-Polymer (eine Ansicht ist rechts gezeigt) zu überführen. Als dessen Formel ergab sich 2, das erste derartige Polymer mit kationischem statt anionischem Gerüst. Zudem eröffnet sich hier die Möglichkeit, durch Variation des organischen Restes eine Feinabstimmung von Materialeigenschaften vorzunehmen.

Drei Festkörpertechniken wurden kombiniert, um (E)/(Z)-Isomerisierungen im Kristall, z.B. 1→ 2, trotz ihres raumgreifenden Charakters möglich sind: Kraftmikroskopie (AFM), herauszufinden, warum Röntgenstrukturanalyse und diffuse Reflexionsspektroskopie. Dabei zeigte sich unter anderem, daß auch bei Einstrahlung in die Endabsorption der Kristalle Oberflächenstrukturen gebildet werden.

Als Schablonen für die Anordnung yon Gastmolekülen dienen die Hohlraumstrukturen mikroporöser SiO₂-Phasen. Über die Dimensionalitäten der Hohlraumstrukturen lassen sich die Wechselwirkungen zwischen den Gastmolekülen gezielt steuern. Im Falle von Iod als Gastkomponente läßt sich dies an der Farbe der Insertionsverbindungen erkennen, die für die unten gezeigten Wirtsysteme von violett bis rotbraun variiert.

Aufgrund der Fähigkeit, Anionen zu koordinieren, kommt es zur Selbstorganisation der carboxylatsubstituierten polypyrrolischen Makrocyclen Sapphyrin und Calix[4]pyrrol (siehe schematische Darstellung rechts). Erst durch Zusatz von F–(Sapphyrin) oder polaren Lösungsmitteln (Calix[4]pyrrol) werden die Dimere aufgebrochen.

Ausnahmsweise nicht selbstdurchdrungen, sondern mit Solvensmolekülen gefüllt sind die großen Hohlräume des Polymers [Co(NO₃)₂(4,4′-bpy)_1,5]_n, dessen Struktur vom Lösungsmittelsystem, aus dem es kristallisiert, abhängig ist. Eine der beiden möglichen Strukturen (Ausschnitt im Bild rechts) weist hydrophobe, ca. 11 × 11 Å große Öffnungen auf. Die Solvensmoleküle lassen sich entfernen, es ist aber noch nicht geklärt, ob dieser Prozeß auch umkehrbar ist.

Eine erhöhte Stabilität von Duplices zwischen amidmodifizierten Oligonucleotiden (siehe rechts) und RNA wird durch Einführen von 2′-OMe-Gruppen erreicht. Da die modifizierten Oligonucleotide eine sehr hohe Affinität zur komplementären RNA aufweisen und erheblich stabiler gegenüber Nucleasen sind, konnten sie als Antisense-Reagentien verwendet werden. × = H, OH, OMe; Y = H, OMe.

Reaktanten- und Produktkonzentrationen in einem Durchflußreaktor direkt zu bestimmen gelingt mit der hier vorgestellten Technik, die auf der Messung der beim Positronenzerfall von ¹¹C gebildeten γ-Photonen beruht. Dies wird an der technisch sehr wichtigen Hydroisomerisierung von n-Hexan an einem Pt/H-Mordenit-Katalysator gezeigt. Dabei konnte unter anderem geklärt werden, welche Prozesse bei der Vorkonditionierung des Platins und bei der Katalysatordesaktivierung ablaufen.

Hochaktiv katalysiert werden Alken-Epoxidierungen durch Titan-modifizierte mesoporöse MCM41-Kieselgele, wenn 2-Methyl-1-phenyl-2-propylhydroperoxid (MPPH) als Oxidationsmittel eingesetzt wird. Dies ist das erste Mal, daß MPPH als effektives Zwei-Elektronen-Oxidationsmittel genutzt wurde, was beweist, daß es sich als Ersatz für tert-Butylhydroperoxid in Metall-katalysierten Kohlenwasserstoff-Oxidationen, die nicht über Radikale verlaufen, eignet und daß Ti-MCM41-katalysierte Alken-Epoxidierungen ohne Radikalbeteiligung verlaufen.

Monodisperse, chirale Dendrimere (rechts) aus Trimesinsäure und (R)-3-Hydroxybuttersäure wurden synthetisiert und charakterisiert. Kinetische Abbauuntersuchungen ergaben, daß diese Verbindungen Substrate für Hydrolasen sind.

Im Calichearubicin B (rechts) sind das Aglycon von Daunorubicin und die Kohlenhydrat-Einheit von Calicheamicin γ¹₁: durch einen Spacer verknüpft (im Calichearubicin A fehlt dieser Spacer). Das Aglycon fungiert als anthracyclinähnlicher Intercalator, während die Kohlenhydrat-Domäne an die kleine Furche der DNA bindet. Damit weist Calichearubicin B Eigenschaften beider Stammverbindungen auf.

In Rekordzeit gelang die Totalsynthese des cytotoxischen Epothilons A, dessen genaue Struktur erst im Juli – ebenfalls in der Angewandten Chemie – publiziert wurde. Die wegen ihrer biologischen Wirksamkeit begehrte Verbindung wird aus den Bausteinen 1, 2 und 3 aufgebaut. Schlüsselschritt ist eine beachtenswerte Makroaldolkondensation, die den Ringschluß zum Makrolid ermöglicht.

Durch 1,2-Addition von SOH-Gruppen auf SO₂-Oberflächen an die MoN-Gruppe der Titelverbindung und anschließende α-Eliminierung von Neopentan bildet sich die katalytisch aktive Oberflächenverbindung I. Dies ist der erste Fall, bei dem ein alkylierter Komplex die Heterogenisierung in molekular klar definierter Weise durchläuft. Der immobilisierte Katalysator 1 ist in Ringöffnungs-Metathesepolymerisationen wesentlich aktiver als der molekulare Vorläufer.

Die ee-Werte der Hydrosilylierung von Acetophenon mit dem Rhodiumkatalysator 1 sind zwar nicht hoch, dafür ist die Stabilität des Katalysators beeindruckend : Der gut verfügbare und leicht variierbare chirale Carbenligand bleibt in Lösung bis über 100°C am Metall gebunden, so daß auch keine Ligandenüberschüsse bei den katalytischen Reaktionen nötig sind.

In einer Eintopfreaktion bildet sich aus 15 Komponenten durch Selbstorganisation eine tetraedrische Wirt-Gast-Verbindung. Die Eckpunkte des Tetraeders (siehe rechts) bilden Tripod-Eisen(II)-Gruppen, die Kanten sind durch 1,2-Dinitril-Liganden überbrückt, im tetraedrischen Hohlraum ist ein BF₄⁻-Ion eingebaut.

Bei In-vitro-Selektionsexperimenten wurde ein unerwartetes, aber nichtsdestoweniger interessantes Resultat erhalten. Ein RNA-spaltendes DNA-Enzym, das in Gegenwart von Mg²⁺ selektiert worden war, wies mit Ca²⁺ als Cofaktor eine wesentlich höhere Effizienz auf. Dies ist wegen der geringeren hydrolytischen Wirksamkeit von Ca²⁺ um so überraschender.

Als nahezu unmöglich wurde die Synthese authentischer Cu^II- und insbesondere Cu^III-Komplexe mit aliphatischen Thiolaten in der Koordinationssphäre betrachtet, da im allgemeinen Cu^II-Zentren leicht durch Thiolate reduziert werden. Dieses Ziel ist nun mit der Darstellung der quadratisch-planaren Komplexe (NEt⁴)₂[Cu(phmi)]· H₂O und (PPh₄-[Cu(phmi)] (Formel der Anionen rechts, n = 1, 2) erreicht worden. Die Oxidationszustände dieser beiden äußerst ungewöhnlichen Verbindungen mit dem niedrigsten Redoxpotential für ein Cu^III/Cu^II-Redoxpaar, sind eindeutig bestimmt worden.

Alle Selektivitätskriterien der katalytischen asymmetrischen Aminohydroxylierung mit Sulfonamiden [GI. (a)] werden verbessert, wenn statt des ursprünglich für diese Reaktionen verwendeten Chloramin-T dessen Methyl-Analogon Chloramin-M 1 eingesetzt wird. Dieses neu eingeführte Reagens weist eine deutlich höhere Ligandenabhängigkeit auf, und für die meisten Substrate tritt das erwünschte Phänomen der ligandenbeschleunigten Katalyse auf. DHQ-H = Dihydrochinin, PHAL = 1,3-Phthalazindiyl.

Bessere Enantioselektivitäten und einfache Entschützung machen Natrium-N-chlorcarbamate zu den Oxidantien/Stickstoffquellen der Wahl für die Osmium-China-Alkaloid-katalysierte asymmetrische Aminohydroxylierung von Olefinen [siehe z.B. Gl. (a)]. Diese Methode ermöglicht einen einfachen Zugang zu einer Vielzahl von Verbindungen wie nichtnatürlichen Aminosäuren und anderen pharmakologisch wichtigen Substanzen. DHQ-H = Dihydrochinin, PHAL = 1,3-Phthalazindiyl, Z = Benzyloxycarbonyl.

Re₆-Oktaeder in Te₈-Würfeln enthalten beide Titel-verbindungen als gemeinsames Strukturelement. Im Bild rechts sieht man einen Strukturausschnitt von Re₆Te₁₆Cl₁₈, in dem das Re₆-Oktaeder und die Bindung des Clusters an den [Te₈Cl₁₈]²⁻-Liganden gut zu erkennen sind. Doch unterschiedliche Verknüpfungen zu den Liganden bedingen bei Re₆Te₁₆Cl₁₈ eine dreidimensionale Struktur, wahrend die von Re₆Te₁₆Cl₆, zweidimensional ist.

Die Sekundärstruktur ist von zentraler Bedeutung! Die D- und L-Formen von α-helicaler Poly(glutaminsäure) und (PGA) werden selektiv durch das (R)- bzw. (S)-Isomer des chiralen Rezeptors 1, der einen Porphyrinrest eine Xylylendiaminbrücke ent-hält, komplexiert. Enantiomerenreines 1 kann somit zur Trennung von Gemischen links- und rechtsgängiger helicaler Polypeptide eingesetzt werden.

Die Bindungsverhältnisse heteropolyedrischer Verbindungen vom closo-Boran-Typ werden am Beispiel des As, (AlCp*)₃-Clusters, dessen Molekülstruktur durch Röntgenbeugung charakterisiert wurde, diskutiert (Gerüst siehe rechts). Anhand quantenchemischer Rechnungen für einige trigonal-bipyramidale E₂^VE^III₃-Grundkörper wurden unter Berücksichtigung mehrerer Liganden die Bindungsverhältnisse studiert (Cp* = C₅Me₅ E^III: Element der 3. Hauptgruppe, E^V: Element der 5. Hauptgruppe).

Alternierend aus einem Phenylenring und einer Methylsulfoniumgruppe aufgebaut ist das Polymer 1, das durch Polymerisation von Benzol mit Natriummethansulfinat entsteht. Die Reaktion wird in Trifluormethansulfonsäure durchgeführt. Statt Benzol können auch Xylol und Diphenylether als Monomere eingesetzt werden.

Um mindestens 35 kcal mol⁻¹ unterscheiden sich nach aufwendigen ab-initio-Rechnungen die Aktivierungsbarrieren für die [2+2]- und die [3+2]-Addition von OsO₄ an Ethylen (rechts sind die Strukturen der beiden Übergangszustände angegeben). Die relativen Barrieren der konkurrierenden Reaktionspfade und damit die Bevorzugung des [3+2]-Mechanismus verändern sich auch in Gegenwart von NH₃ zum Modellieren der basenkatalysierten Reaktion nur unwesentlich. Damit stehen die theoretischen Befunde zum Mechanismus der asymmetrischen Dihydroxylierung im Widerspruch zu den Schlüssen aus kinetischen Studien von Sharpless, während sie die von Corey stützen.

Molekulare Erkennung mit vielzähnigen Liganden: Eine neuartige „Kupferkrone”︁ komplexiert, wie Konkurrenzexperimente mit Ca²⁺ und Cu²⁺ ergaben, bevorzugt UO²⁻₂ (Bild rechts, M = UO²⁺₂), Komplexierung von Actinoiden und Lanthanoiden durch expandierte Porphyrine macht. was diesen Liganden zu einer Alternative für die

In Lösung monomer, im Kristall dimer ist das Dicarbonyl(pentaisopropylcyclopenta-dienyl)eisen(I)-Radikal 2, welches aus dem High-spin-Eisen(III)-Komplex 1 durch Carbonylierung und Reduktion gebildet wird.

Enorm beeinflußt wird die Diastereoseitenselektivität der nucleophilen Addition von n-Butyllithium an 2-Phenylpropanal [Gl. (a)] durch die Lange des als Lösungsmittel verwendeten aliphatischen Kohlenwasserstoffs. Die Reaktionen in diesen Solventien weisen alle Inversionstemperaturen auf, die mit den Schmelzpunkten der Lösungs-mittel in Beziehung stehen.

Die Selbstorganisation funktionell „invertierter”︁ Zink-Chlorine - in welchen die für die Aggregation der Bacteriochlorophylle c, d und e funktionell unverzichtbaren 3¹-Hydroxy- und 13¹-Carbonylgruppen vertauscht worden sind - ist in unpolaren Lösungsmitteln möglich (siehe schematische Darstellung unten). Dieses Resultat zeigt die Strukturvoraussetzungen für die Bildung großer Aggregate auf, die in ähnlicher Form auch bei den Bacteriochlorophyllen in vitro und in Lichtsammelantennen-Systemen von Photosynthese-Bakterien vorliegen.

Mit einer reversibel koordinierenden Hilfsgruppe gelingt erstmals eine hoch diastereoselektive Hydroformylierung von acyclischen Methallyl-alkoholen (siehe rechts, syn-anti-Verhältnis bis zu 96:4, Hilfsgruppe als Kugel dargestellt). Die Reaktion läßt sich zum Aufbau von Stereotriaden, einem zentralen Strukturinkrement polyketider Naturstoffe, nutzen. R beispielsweise Ph, CO₂Me, Me, CH₂Ph.

Sterische Spannungen verschieben Gleichgewichtslage bei Allyl- oder Allenyltitanverbindungen, die Cyclopropylreste enthalten, hin zu den isomeren Vinyl- bzw. Propargylcyclopropanen. Dies führt zu einer ungewöhnlichen Regioselektivität bei der Addition an elektrophile Carbonyle und eröffnet so einen einfachen Zugang zu synthetisch wertvollen Alkylidencyclopropanen (siehe rechts).

Halogenometallkomplexe und funktionalisierte Amine braucht man für die Synthese imidoverbrückter Übergangsmetallcluster. Auf diesem Weg gelingen auch Synthesen von Imidoclustern elektronenreicher Übergangsmetalle wie [Cu₂₄(μ₃-NPh)₈-(μ₄-NPh)₆]⁴⁻ (die Struktur ist im Bild rechts gezeigt).

Durch zweifache, transanulare Cyclisierung der aus dem Pagodandiester A erhältlichen Bis(methylen)bisseco-Intermediate B sind das nichtpentagonale Bis(homo)-dodecahedran C und paarweise symmetrisch funktionalisierte Derivate zugänglich. Einige dieser Produkte sind für die Quantifizierung der für die transanularen elektronischen Wechselwirkungen in Käfigstrukturen dieses Typs maßgebenden Faktoren wichtige Modellverbindungen mit definierten Dimensionen.

Das erste metallierte Germanid-Ion und das erst zweite Beispiel für einen Cluster des seltenen nido-10-(iv+ iv)-Strukturtypes ist das Anion in 1, das aus [Ni(CO)₂(PPh₃)₂], K₄Ge₉ und [2,2,2] Cryptand in Ethylendiamin (en) hergestellt wurde. Die Struktur des Ge₁₀Ni-Clusters (Bild rechts) ist im Vergleich zur idealen nido-10-(iv + iv)-Geometrie allerdings deutlich verzerrt.

[K([2,2,2]Cryptand]2[Ge9(μ10-Ge)Nl(PPh3)]·en 1

Zeitaufwendige Abspaltungs- und Isolierungsschritte werden durch die Methode der Suspensions-¹H-Magic-Angle-Spinning(MAS)-NMR-Spektroskopie überflüssig, die eine Synthesekontrolle an einer einzelnen Harzpartikel im Nanoliterdetektionsbereich ermöglicht. Am Beispiel einer Hydantoin-Reaktionssequenz wurde dieses für die kombinatorische Chemie effiziente Verfahren erprobt.

Nur 10¹² Atome eines Elements sind nötig, um dessen Ionisationsenergie durch Resonanzionisation mit Laserlicht in einem äußeren elektrischen Feld und nachfolgende Massenspektrometrie zu bestimmen. Das Bild rechts zeigt für die Actinoide Berkelium und Californium die auf diese Art gemessenen Ionisationsschwellen W_th und deren Extrapolation auf die Ionisationsenergie I (49989(2) bzw. 50665(2) cm⁻¹) bei der äußeren Feldstärke E = 0.

Zwei Aspekte machen diese Arbeit interessant: 1. Es wird ein Verfahren vorgestellt, um Imidokomplexe von radioaktiven Metallisotopen herzustellen. 2. Mit dem Imidliganden wird die maßgeschneiderte Entwicklung von Radiopharmaka enorm erleichtert, weil die Bindung hydrolyse- und säurestabil ist, die Löslichkeit des Radiopharmakons erhalten bleibt und eine Vielfalt von Metallen gebunden werden dürfte. Hier wird unter anderem die Synthese des Chlorambucil-Analogons 1 in unmarkierter und in ¹⁸⁸Re-markierter Form beschrieben.

Ein Bindeglied in der Reihe Inselsilicathydrat–Schichtsilicathydrat–Gerüstsilicat ist RUB–15, ein neuartiges Silicathydrat mit einem dreidimensionalen Bindungsnetzwerk aus schichtartig angeordneten Silicat-Ionen und Wassermolekülen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen verknüpft sind. RUB-15 verdeutlicht die enge kristallchemische Verwandtschaft von SiO₂ und H₂O. Ein Ausschnitt aus der Struktur ist rechts gezeigt.

Eine vor über 30 Jahren vorhergesagte Bindungslängenisomerie könnte bei den röntgenographisch charakterisierten organischen Kationen 2⁺ und 3⁺ vorliegen, die bei der Protonierung von 1 entstehen. In Abhängigkeit von der Lösungsmittelpolarität können die Kationen ineinander überführt werden.

Die konjugierte Addition eines Vinylcuprats an das sterisch und elektronisch sehr anspruchsvolle Enon 1 ist der Schlüsselschritt einer kurzen asymmetrischen Totalsynthese von (−)-Dihydrocodeinon 2, einem unmittelbaren Vorläufer von Morphin.

Das flüssigkristalline Verhalten von Gold(I)-Komplexen vom Typ 1 wird wesentlich durch die Substituenten R und R′ sowie durch die Symmetrie der Komplexe bestimmt. Die Moleküle sind in einer hexagonalen columnaren Mesophase angeordnet, die auch bei Raumtemperatur beständig ist. R = 3,4-(H₂₁C¹⁰O)₂C₆H₃, R′ = R, 3,4,5-(H₂₁C₁₀O)₃₋C₆H₂.

Verankerung bringt Stabilität. Dies zeigte sich jetzt bei der Protonierung und der Deprotonierung neuartiger Wolframkomplexe. Sie bestehen aus einem Alkylidinwolfram-Komplexfragment, das an ein Calix[4]aren (im Bild schematisch gezeigt) gebunden ist. Der Rest R am dreifach an Wolfram gebundenen C-Atom kann Phenyl, n-Butyl und Trimethylsilyl sein.

256 unterschiedliche Trisaccharide aus nur 4 geschützten Grundbausteinen sind mit der hier vorgestellten Methode zur Synthese von Trisaccharidbibliotheken im Prinzip zugänglich. Die Methode nutzt eine latent aktive Glycosylierung; einen Eindruck von den in der Bibliothek enthaltenen Verbindungen gibt die Formel unten.

Ein exo-endo-Verhältnis von 98:2 - die Thermochemie hätte das Gegenteil vorhergesagt! Radikale aber bevorzugen dank kinetischer Reaktionskontrolle die exo-Cyclisierung in 5-Hexenyl-Umlagerungen. Ausgewählte ab-initio-Methoden sind in der Lage, intramolekulare Additionen des 4-Penten-l-oxyl-Radikals (rechts) präzise zu beschreiben.