Alle industriellen Carbonylierungsprozesse nutzen heutzutage Kohlenmonoxid, ein hochtoxisches und brennbares Gas. Weil diese Eigenschaften den breiten Einsatz in Industrie und Wissenschaft erschweren, ist die Durchführung von Carbonylierungen mit CO-Alternativen wünschenswert – auch hinsichtlich einer weiteren Förderung der nachhaltigen Chemie. Dieser Kurzaufsatz fasst den Kenntnisstand bei Carbonylierungen von Alkenen mit CO-Alternativen zusammen.

Die Sahne auf dem Kuchen: In diesem Aufsatz werden kovalent auf Oxidoberflächen gebundene Monoschichten im Hinblick auf eine verbesserte Widerstandsfähigkeit, erhöhte Funktionalisierung, strukturelle Details und ihr Anwendungspotenzial diskutiert. Eine solche Modifizierung bietet die Möglichkeit, die Eigenschaften eines sterisch anspruchsvollen Substrats auf die eigenen Interessen abzustimmen.

Krummes Rückgrat: Al-Ionen induzieren die Ringbildung im Rückgrat vieler Peptide, auch solcher mit Bezug zu neurodegenerativen Erkrankungen. Ein Al-Ion bindet zugleich an ein Amidstickstoff- und ein Carbonylsauerstoffatom, destabilisiert dadurch das Protein und denaturiert es irreversibel.

Natur als Vorbild: Vergleichbar mit Chinonen, die im natürlichen Photosystem II Elektronen aus Chlorophyll extrahieren, beschleunigt Polydopamin den Protonen-gekoppelten Elektronentransfer und ermöglicht somit die effiziente Ladungstrennung in [Ru(bpy)₃]²⁺. Die Einführung von PDA als Elektronenschranke und vielseitiges Adhäsiv erhöht die Effizienz der photochemischen Wasseroxidation erheblich.

Nanobrücken entstehen, wenn ein Tropfen einer wässrigen Nanopartikellösung auf einen Wundrand gebracht wird. Auch in feuchten und dynamischen Umgebungen resultiert binnen weniger als einer Minute ein starker Wundverschluss, und eine Blutung kann gestillt werden. Mithilfe solcher Nanopartikellösungen lassen sich überdies medizinische Geräte an Organen verankern.

Auf derselben Seite: In einer parallelen Fluidiksynthese von 96 Peptiden werden organische Lösungsmittel mit kontrollierter Geschwindigkeit durch Teflonmuster auf einem Blatt Papier geschleust. Die erzeugten Peptidanordnungen können in zellbasierten Assays zur Suche nach 3D-Stützmaterialien für Zelladhäsion und -wachstum verwendet werden.

Der Vorgang der Singulettspaltung wurde genutzt, um effiziente Phosphoreszenzemitter basierend auf metall- und schweratomfreien Borverbindungen zu entwickeln. Durch geeignetes Kombinieren von molekularem Grundgerüst und elektronischen Eigenschaften der Substituenten konnte die Phosphoreszenzemission in Lösung, im reinen Festkörper und in dotierten PMMA-Filmen gezielt eingestellt werden.

Eine universelle Methode: Eine hoch enantioselektive Kupfer-katalysierte Veretherung von 4-Pentenolen wurde entwickelt. Sowohl intramolekulare (formale C-H-Funktionalisierung) als auch intermolekulare (Alkyl-Heck-Kupplung; siehe Schema) C-C-Bindungsbildungen können eintreten, sodass eine Reihe von chiralen funktionalisierten Tetrahydrofuranen zugänglich ist. DFT-Rechnungen liefern eine Erklärung für die beobachtete asymmetrische Induktion.

Aktivierendes Eisen: High-Spin-Fe^III-Iodosylarenkomplexe mit einem N-methylierten Cyclamliganden wurden hergestellt. Die Nichthäm-High-Spin-Fe^III-Iodosylarenintermediate sind hoch reaktive Oxidantien, die starke C-H-Bindungen von Alkanen zu aktivieren vermögen. Der elektrophile Charakter der Komplexe wird in Sulfoxidationen demonstriert.

Tripel: Das charakteristische Piperidin-Metacyclophan-Gerüst des Lythraceum-Alkaloids Lythanidin wurde durch Ringschluss-Alkinmetathese (RCAM) eines propargylischen Alkoholderivats gefolgt von Redoxisomerisierung und einer Protonen-katalysierten transannularen Aza-Michael-Addition als Schlüsselschritte aufgebaut. Dieser direkte Zugang veranschaulicht die Möglichkeiten katalytischer Alkinchemie in Zielstruktur-orientierter Synthese.

Ein kombinierter Ansatz aus DFT-Simulationen, mikrokinetischer Modellierung und präparativen Verfahren ermöglichte die gezielte Entwicklung von trägerfixierten CuCo-Nanopartikeln als effiziente Katalysatoren für die selektive Umwandlung von Synthesegas (CO+H₂) in Ethanol und langkettige Alkohole. Wie von der Theorie vorhergesagt, führt eine Maximierung der gemischten CuCo-Zentren zu gesteigerten Ausbeuten an höheren Alkoholen, indem die Cu-Segregation unterdrückt wird.

Schmetterlingsförmige Benzophenonderivate mit kleinen Energiedifferenzen für angeregte Singulett- und Triplettzustände zeigen eine effiziente verzögerte Fluoreszenz. Organische Leuchtdioden mit diesen Benzophenonen als Emittern liefern Elektrolumineszenzen in großen Teilen des gesamten Farbspektrums, auch Weißlicht.

Vier Mo-C-Phasen, einschließlich γ-MoC, das erstmals als Nanomaterial stabilisiert wurde, wurden ausgehend von einem Amin-Metalloxid-Komposit synthetisiert und auf ihre katalytische Aktivität und Stabilität bei der Wasserstoffentwicklung untersucht. Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Valenzbandstudien wurden ebenfalls erstmals an γ-MoC durchgeführt.

Eines der meistgenutzten Polymere ist Poly(ethylenoxid) (PEO), die Untersuchung seiner Struktur-Eigenschafts-Beziehungen wird jedoch durch die Polydispersität der Proben behindert. Eine Synthesemethode wird beschrieben, die PEO mit bislang unerreicht niedriger Dispersität zugänglich macht. Darüber hinaus wird ein massenspektrometrisches Verfahren vorgestellt, mit dem sich derartig niedrige Dispersitäten messen lassen.

Maßgeschneidert: Verschiedene Metallnanopartikel wurden auf der Oberfläche von hohlen Polymernanokapseln (PNs) aus Cucurbit[6]uril (CB) synthetisiert. Die Nanokapseln verhindern die Selbstaggregation der Partikel und bewirken eine hohe Stabilität und Dispergierbarkeit. Pd@CB-PNs zeigen in C-C- und C-N-Kupplungen in Wasser gute Eigenschaften als heterogene Katalysatoren.

Sonnenklar? Biosynthetische Überlegungen begleiteten die erste Totalsynthese von Dictazol B. Gleichzeitig wurden Erkenntnisse über Biosynthesewege zu Aplysinopsin-Naturstoffen gewonnen, und ein Zugang zu anspruchsvollen Cyclobutan-Alkaloiden marinen Ursprungs, die oft als biosynthetische Vorstufen von komplexeren Strukturen postuliert werden, wurde entwickelt.

Ein bidirektionaler Wachstumsprozess wurde angewendet, um bipyramidale Bi₂Se₃-Strukturen aus spiralförmig angeordneten Nanoplättchen herzustellen, die durch zentrosymmetrische helikale Muster auf der Ober- und Unterseite charakterisiert sind. Andere Überstrukturen, die durch diesen Bildungsmechanismus erzeugt wurden, sind Grätenmuster, Spiralarme und hohle Kerne (siehe Bild).

Landschaft im Wandel: Das cyclische Pyrentetramer [4]Cyclo-2,7-pyrenylen ([4]CPY) wurde durch platinvermittelte Cyclotetramerisierung mit anschließender Dehydrierung synthetisiert. Dichtefunktionalrechnungen und elektrochemischen Analysen zufolge weicht die elektronische Struktur von [4]CPY von denjenigen von Pyren und linearen Oligopyrenen ab, da sich die Topologie der Molekülorbitale durch Bildung der cyclischen Struktur ändert.

Vier Wege trennen sich: Zinkbromid-Komplexe, die durch sequenzielle Reaktionen von Nitrilen mit Reformatsky-Reagentien und 1-Alkinen aufgebaut werden, dienen als Intermediate in divergenten Palladium-katalysierten Reaktionen. Der Reaktionsweg ist von der Wahl des Lösungsmittels und Palladiumkatalysators abhängig. Die Methode bietet einen einfachen und effizienten Zugang zu vier unterschiedlichen Molekülgerüsten.

Ein effizienter Weg zum enantioselektiven Aufbau tertiärer Vinylglycole verläuft über die Titelreaktion. Aus [Pd₂(dba)₃]⋅CHCl₃ und L entsteht ein Palladiumkomplex, der die Cycloaddition racemischer Substrate 1 zu den entsprechenden 1,3-Dioxolanen 2 in hohen Ausbeuten und mit guten bis ausgezeichneten Enantioselektivitäten katalysiert. dba=Dibenzylidenaceton.

Die gezielte Aufspaltung der dual bindenden Eigenschaften eines Naturstoffs ergibt zwei mechanistisch verschiedene Liganden, die selektiv an gegenüberliegende Zentren einer dynamischen Proteinoberfläche binden (siehe Bild; AF2=activation function 2). Diese Studie unterstreicht, wie nützlich das Screening von Naturstoffen gegen transiente Proteinkomplexe sein kann.

Toxintransport sichtbar gemacht: Die Kopplung von Strategien zur Erweiterung des genetischen Codes mit bioorthogonalen Reaktionen ermöglichte die ortsspezifische Fluoreszenzmarkierung des Anthrax-Letalfaktors (LF) mit nur geringer Störung seiner nativen Struktur und Funktion. Zeitrafferfilme des endocytotischen Transports eines präzise markierten LF offenbarten molekulare Einzelheiten des Virulenzmechanismus von LF in Zellen. PA=Protektives Antigen.

Mikroporös und leitfähig ist ein 3D-Polymer, das über die elektrochemische Synthese eines porösen Polyanilingerüsts mit einem dünnen MOF-Film aufgebaut wird. Das erhaltene mikroporöse Polyanilin mit definierten Mikroporen (0.84 nm) hat eine große BET-Oberfläche (986 m² g⁻¹) und eine hohe elektrische Leitfähigkeit (0.125 S cm⁻¹) bei I₂-Dotierung.

Bläschen fangen: Tetrazin-funktionalisierte Mikrobläschen wurden für die Nutzung als Ultraschall-Kontrastmittel aufgebaut und lokalisierten selektiv Zellen, die mit TCO-derivatisierten Antikörpern gegen VEGFR2 markiert waren. Diese Abfangmethode basiert auf Markierung und bioorthogonaler Chemie, und wurde in einer Durchflusskammer und in vivo durch Ultraschallaufnahmen von VEGFR2-positiven und -negativen Maustumormodellen validiert. TCO=trans-Cycloocten.

Diffusionsgeordnete mehrdimensionale NMR-Spektroskopie ist eine wertvolle Methode zur Analyse von komplexen Mischungen, der Zeitaufwand für ein mehrdimensionales Signal kann jedoch sehr groß sein. Stichprobenverfahren können die Messung beschleunigen, aber diese waren bislang auf Frequenzdimensionen von NMR-Spektren beschränkt. Die Anwendung eines Stichprobenverfahrens für Diffusionsdimensionen wurde jetzt entwickelt.

Stereoselektivität durchgeboxt: Carbonyl-En-Reaktionen von 2,3-Diketoestern mit [Cu{(S,S)-tBu-box}](SbF₆)₂ als Katalysator (box=bis(oxazoline)) liefern α-funktionalisierte α-Hydroxy-β-ketoester in Ausbeuten bis 94 % und mit bis zu 97 % ee. Die 2,3-Diketoester werden bequem aus den entsprechenden α-Diazo-β-ketoestern erhalten, und der Einsatz von 1.0 Mol-% Katalysator ist ausreichend.

Mit Kaliumfluorid als Fluoridquelle und dem Kupferkatalysator [IPrCuOTf] liefert die Titelreaktion die gewünschten Alkylfluoride in hervorragenden Ausbeuten. Die Methode könnte zur Herstellung von ¹⁸F-markierten PET-Sonden geeignet sein. IPr=1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-yliden, Tf=Trifluormethansulfonyl.

„Grün“ dank blauem Licht: Die effiziente lichtinduzierte atomökonomische Dehydrierung verschiedener linearer und cyclischer Alkane (einschließlich Erdgasbestandteilen und flüssigen organischen Wasserstoffträgern) gelang mit trans-[Rh(PMe₃)₂(CO)Cl] als Katalysator in Gegenwart eines stickstoffhaltigen Additivs. Die Methode bietet eine saubere Alternative zum direkten Einsatz von Alkanen als Olefinquelle.

Mehr Power für PEPPSI: Durch rationale Modifizierung des N-heterocyclischen Standardcarbens (IMes oder IPr) – „einfaches“ Einführen von erst einem und dann zwei Dimethylaminosubstituenten – gelang eine stufenweise Erhöhung der Aktivität des NHC-basierten PEPPSI-Palladium-Präkatalysators für die Buchwald-Hartwig-Aminierung. Diese Befunde unterstreichen die Vorteile von Substituenten am NHC-Gerüst in C-N-Kreuzkupplungen.

Von der Natur lernen: Ein Aminosäureligand in der äußeren Koordinationssphäre führt zu dem homogenen [Ni(P^Cy₂N^Arg₂)]⁸⁺-Komplex, der H₂ in Wasser mit einer Wechselzahl von 210 s⁻¹ im sauren pH-Bereich elektrochemisch oxidieren kann. Die äußere Koordinationssphäre erleichtert die H₂-Addition sowie die Wegbewegung von H⁺ vom aktiven Zentrum.

Peroxo greift an: [Pd(P(Ar)(tBu)₂)₂] (Ar=Naphthyl) reagiert mit molekularem Sauerstoff unter C-H- und O-O-Bindungsspaltung. Bei tiefen Temperaturen wird die anfängliche Bildung eines Superoxo-Komplexes beobachtet, der vor dem C-H-Aktivierungsschritt in einen Peroxo-Komplex übergeht. Eine energetisch plausible C-H-Aktivierung durch die Pd-Peroxo-Bindung wurde rechnerisch identifiziert.

Stickstoffdotierte Graphen-Kohlenstoffnanoröhren(CNT)-Hybride, bei denen die Graphenschichten in den CNTs eingeschlossen sind, zeigen hohe elektrokatalytische Aktivitäten in einer Reihe von wichtigen elektrochemischen Reaktionen. Die Hybride werden durch eine preiswerte Methode ausgehend von festen Ausgangsmaterialien hergestellt.

Peptide und Proteine können unter milden (Raumtemperatur, annähernd neutraler pH), aeroben Bedingungen durch ein wasserlösliches Kupfer-Organoradikal-Konjugat selektiv an Serinresten gespalten werden. Die Methode ist anwendbar auf die ortsspezifische Spaltung von Polypeptiden mit verschiedenen funktionellen Gruppen, D-Aminosäuren oder empfindlichen Disulfidpaaren. Das System wurde außerdem für die ortsspezifische Spaltung eines natürlichen, aus über 70 Aminosäuren bestehenden Proteins verwendet.

Ein einstufiger enantioselektiver Zugang zu Multicyclen mit Oxochinolinmotiv profitiert von einem einzigartigen Reaktionsmuster von Estern in Gegenwart eines N-heterocyclischen Carbens (NHC) als Katalysator. Auf die Aktivierung des Ester-β-Kohlenstoffatoms folgt eine chemoselektive Reaktionskaskade mit Aminoenonen. Ts=4-Toluolsulfonyl.

Chirale 2,3-Allenylamine mit oder ohne zusätzliche C-C-Doppel- oder C-C-Dreifachbindung(en) können durch asymmetrische Pd-katalysierte Aminierung von Allenylphosphaten aufgebaut werden. Unter optimierten Bedingungen, die die Verwendung von (R)-3,4,5-(MeO)₃-MeOBIPHEP als Ligand und die Durchführung der Reaktionen bei 0 °C beinhalten, wurden die Produkte mit Ausbeuten von bis zu 90 % und 88–94 % ee erhalten.

Vierfacherfolg: Die kürzlich entdeckte 5-Hydroxymethylfurfural-Oxidase (HMFO) vermittelt eine vierfache Oxidation von [5-(Hydroxymethyl)furan-2-yl]methanol (siehe Schema). HMFO kann außerdem genutzt werden, um 5-Hydroxymethylfurfural in Furan-2,5-dicarbonsäure umzuwandeln, womit ein biologischer Katalysator für die Herstellung von Polymeren bereitsteht. Die Oxidase wirkt nur auf OH-Gruppen und ist daher auf die Hydratisierung der Aldehydgruppen angewiesen.

CO für verbrückte Makrolide: Eine effiziente Pd-katalysierte alkoxycarbonylierende Makrolactonisierung liefert in einem Schritt Tetrahydropyran/Tetrahydrofuran-Makrolactone aus relativ einfachen Alkendiolen. Auch schwierige Makrolactone wie tertiäre Alkohole werden glatt synthetisiert. Die Methode wurde zur Synthese des Tumortherapeutikums 9-Demethylneopeltolid verwendet. DCE=1,2-Dichlorethan.

Wanderung zum Iridium: Iridium-Katalyse ermöglicht die arylierende Cyclisierung von Alkinonen mit Arylboronsäuren zu komplexen Polycyclen mit hohen Stereoselektivitäten. Diese Reaktionen sind die ersten Beispiele für eine 1,4-Iridium-Migration.

Die kupferkatalysierte aerobe oxidative C(CO)-C(Alkyl)-Bindungsspaltung von Arylalkylketonen zur Bildung von C-N-Bindungen verläuft mit hoher Chemoselektivität. Eine Reihe von Acetophenon-Derivaten sowie anspruchsvollere Arylketone mit langen Alkylketten konnten effizient gespalten werden, um die entsprechenden Amide zu erhalten, welche häufig in biologisch aktiven Verbindungen vorkommen.

Strukturrevision: Eine revidierte Konfigurationszuordnung des marinen Makrolids Mandelalid A wurde vorgeschlagen und durch Totalsynthese bestätigt. Diese Studie ist eines von mehreren neueren Beispielen, die falsch zugeordnete Strukturen von Naturstoffen durch stereokontrollierte Totalsynthese korrigieren.

Vielseitiges Phosphoniumsalz: Das Dikation [(SIMes)PFPh₂][B(C₆F₅)₄]₂ wird durch Oxidation eines NHC-basierten kationischen Phosphans mit anschließender Fluoridabstraktion erhalten. Diese Spezies zeigt sowohl in stöchiometrischen Reaktionen als auch in Lewis-Säure-katalysierten Hydrodefluorierungen von Fluoralkanen und der Hydrosilylierung von Olefinen und Acetylenen eine beachtliche Lewis-Azidität.

Doppelte Ringbildung: Mithilfe der Titelreaktion in situ erzeugte furanbasierte ortho-Chinodimethane (o-QDMs) wurden durch elektronenarme Olefine und Alkine abgefangen. Die so zugänglichen 2,3-furananellierten Carbocyclen wurden in guten Ausbeuten und mit hohen Diastereo- und Regioselektivitäten erhalten. EWG=elektronenziehende Gruppe.

β-Angriff! Kalium-bis(trimethylsilyl)amid vermittelt die Cyclopropanierung von Allylphosphaten mit Silylboronaten. Anders als bei kupferkatalysierten allylischen Substitutionen greift das Nukleophil unter den vorgestellten Bedingungen die Allylsubstrate selektiv in β-Stellung an. Mechanistische Untersuchungen sprechen für die Beteiligung einer Silylkaliumspezies als aktive nukleophile Komponente.

Gemischte Produkte: Stabile Carbene mit niedrig liegenden LUMOs gehen Kreuzkupplungen mit dem stabilen und nukleophilen Diaminocyclopropenyliden ein. Dabei wurden zwei Vertreter der seltenen Verbindungsklasse der gebogenen Allene erhalten, und das erste Carben-Carben-Heterodimer wurde isoliert. Dipp=2,6-iPr₂C₆H₃, Mes=2,4,6-Me₃C₆H₂.

Positive Aktivitäten: Kationische Goldcluster reagieren mit molekularem Sauerstoff und aktivieren diesen unter Bildung von Superoxiden (O₂⁻), wie durch Schwingungsspektroskopie nachgewiesen wurde. Dieser Vorgang erfolgt spontan für Cluster, die dadurch einen Schalenabschluss innerhalb des sphärischen Jellium-Modells erzielen, während andere Clustergrößen eine selbstverstärkende Reaktivität zeigen, die das Vorliegen mehrerer Sauerstoffliganden für die Aktivierung erfordert.

Orthogonale Reaktivitäten: Anthrachinonderivate katalysieren die thermische C3-Alkylierung von Indolen mit Benzylaminen in Sequenz mit einer durch sichtbares Licht induzierten Photooxidation/1,2-Umlagerung, wodurch neue fluoreszierende 2,2-disubstituierte Indolin-3-one zugänglich werden. Chinone fungieren als H₂-Überträger in der Indol-C3-Alkylierung, und die Photooxidation der 3-Arylmethyl-1H-Indole verläuft mit unerwarteter Selektivität.

Im Kern verschieden: Zwei kernmodifizierte Rubyrine, die eine (1) oder zwei (2) Dithienylethen(DTE)-Einheiten enthalten, wurden synthetisiert. In der geschlossenen Form hat 1 ein cyclisch durchkonjugiertes System aus 26 π-Elektronen-Aromatizität, während 2 aufgrund der Gegenwart einer offenen DTE-Einheit einen nichtaromatischen Charakter erhält.