114 BNotizenV Nachrichten aus der Chemie| 62 | Februar 2014 | www.gdch.de/nachrichten Thiyl-Radikal-Aktivierung M Das Zusammenspiel des Photo- redoxkatalysators Tris-(2-phenylpyridi- nato)iridium mit Mercaptoessigsäure- methylester als Organokatalysator führt bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht zur redoxneutralen sp 3 -sp 2 -Kreuz- kupplung von Benzylethern und (hete- ro)aromatischen Nitrilen. In dieser von MacMillan et al. vorgestellten Metho- de rekombiniert ein – durch Reduktion des elektronenarmen Aromaten er- zeugtes – Radikalanion selektiv mit ei- nem via Wasserstoffatomtransfer ge- nerierten Benzylradikal. In Anwesen- heit von Octanal als Cyanidfänger bil- den sich Benzhydrylether. Neben einfa- chen Alkylethern kommt es auch zu C-C-Bindungsknüpfungen mit benzyli- schen Silylethern und Alkoholen; eben- so gelingt die photoorganokatalytische C-H-Arylierung von Allylethern. JD [J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 626] NMR-Verschiebungen: Quantenchemie versus Empirik M Ochsenfeld und Mitarbeiter testen die Genauigkeit der Berechnung von NMR-Verschiebungen für ein kleines Protein als Modellsystem. Sie verwen- den dabei die von ihnen entwickelte (sub-)linear skalierende Implementie- rung der Hartee-Fock- und Dichtefunk- tionaltheorie, um C- und N-Verschie- bungen quantenchemisch vorherzusa- gen. Die Autoren vergleichen die Er- gebnisse dieser Ab-initio-Berechnun- gen mit verschiedenen empirischen Methoden, die in der Regel anhand von experimentellen Daten parametrisiert sind. Die Autoren stellen fest, dass sol- che weit verbreiteten empirischen Mo- delle zwar deutlich besser mit den ex- perimentellen Daten übereinstimmen, aber bei Strukturänderungen die Ände- rung der NMR-Verschiebungen stark unterschätzen. Für zwei verschiedene Strukturmodelle des betrachteten Pro- teins führen die quantenchemische Rechnungen zu C- und N-Verschiebun- gen, die sich um bis zu 12 bzw. 14 ppm unterscheiden, während die empiri- schen Modellen nur Änderungen von 3 bzw. 4 ppm voraussagen. Diese Er- gebnisse lassen sich zwar einerseits mit einer impliziten Mittelung in empi- rischen Modellen erklären, stellen aber andererseits deren Anwendbarkeit zur Verfeinerung von NMR-Strukturen in Frage. CRJ [J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 122] Argonverbindung im Krebsnebel M Im interstellaren Medium finden sich vielfach auch hochreaktive Verbin- dungen; Edelgasverbindungen waren bisher aber noch nicht darunter. Barlow et al. weisen jetzt durch Rotationsspek- troskopie 36 ArH + im Bereich des Krebs- nebels nach. Dieser entstand durch die Supernova 1054, bei der ein etwa 8 bis 16 Sonnenmassen schwerer Stern im- plodierte. Das ungewöhnliche Isotopo- mer 36 ArH + ist dabei zu erwarten, da die Argonatome im Krebsnebel durch einen Fusionsmechanismus entstanden, im Gegensatz zum irdischen Argon, das durch radioaktive Prozesse entsteht und zu über 99 Prozent aus 40 Ar besteht. Die Autoren identifizierten zwei Emissions- banden bei 617,5 und 1234,6 GHz, die sie den Rotationsübergängen J = 1–0 und 2–1 für 36 ArH + zuordneten. Sie neh- men dabei an, dass 36 ArH + durch Kollisi- on mit H 2 -Molekülen oder Elektronen in einen höheren Rotationszustand über- geht. Deshalb sind im Krebsnebel die Rotationsbanden von 36 ArH + auch nur in Bereichen mit hoher H 2 -Konzentration zu beobachten. AS [Science 2013, 342, 1343] Chemie Rekonfigurierbare Chip-Freiflusselektrophorese M Cheng et al. stellen einen Mikro- chip für die freiflusselektrophoreti- sche Trennung vor. Dieser wechselt durch Zu- oder Abschalten integrier- ter bipolarer Membranen in einem Zulaufkanal schnell und unkompli- ziert zwischen einer Zonenelektro- phorese und einer isoelektrischen Fokussierung im selben Trennbett. Im abgeschalteten Modus wird ein Medium mit konstantem pH für die zonenelektrophoretische Trennung bereitgestellt. Im aktivierten Zu- stand wird ein pH-Gradient im Be- reich von etwa pH 2 bis 11 für die isoelektrische Fokussierung erzeugt, der über eine Gabelung aufgespal- ten und an verschiedenen Einlässen in das Trennbett geleitet wird. Die Möglichkeit, dasselbe Analytge- misch in einer relativ simplen Anord- nung unterschiedlichen Trennver- fahren zu unterziehen, ist vielver- sprechend für die integrierte Mi- kroanalyse von Biomolekülen und wurde an Modellproteinen verifi- ziert. SN [Lab Chip 2013, doi: 10.1039/C3LC51023A] pH-7-Elektrolyt pH-7-Elektrolyt Protein- mischung Protein- mischung Zonenelektrophorese Isoelektrische Fokussierung bipolare Membran bipolare Membran pH 7 pH 7 niedriger pH hoher pH (20 Mol-%) Ir(ppy) 3 (1 Mol-%) DMA, KH 2 PO 4 Octanal, 23 °C HS CO 2 CH 3 OTBS OTBS N CH 3 N CH 3 CN + 86% Ausbeute Fluoreszenzlampe (26W)
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Nachrichten aus der Chemie| 62 | Februar 2014 | www.gdch.de/nachrichten
Thiyl-Radikal-Aktivierung
M Das Zusammenspiel des Photo -redoxkatalysators Tris-(2-phenylpyridi-nato)iridium mit Mercaptoessigsäure-methylester als Organokatalysator führt bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht zur redoxneutralen sp3-sp2-Kreuz-kupplung von Benzylethern und (hete-ro)aromatischen Nitrilen. In dieser von
MacMillan et al. vorgestellten Metho-de rekombiniert ein – durch Reduktion des elektronenarmen Aromaten er-zeugtes – Radikalanion selektiv mit ei-nem via Wasserstoffatomtransfer ge-nerierten Benzylradikal. In Anwesen-heit von Octanal als Cyanidfänger bil-den sich Benzhydrylether. Neben einfa-chen Alkylethern kommt es auch zu C-C-Bindungsknüpfungen mit benzyli-schen Silylethern und Alkoholen; eben-so gelingt die photoorganokatalytische C-H-Arylierung von Allylethern. JD[J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 626]
NMR-Verschiebungen: Quantenchemie versus Empirik
M Ochsenfeld und Mitarbeiter testen die Genauigkeit der Berechnung von NMR-Verschiebungen für ein kleines Protein als Modellsystem. Sie verwen-den dabei die von ihnen entwickelte (sub-)linear skalierende Implementie-rung der Hartee-Fock- und Dichtefunk-tionaltheorie, um C- und N-Verschie-bungen quantenchemisch vorherzusa-gen. Die Autoren vergleichen die Er-gebnisse dieser Ab-initio-Berechnun-gen mit verschiedenen empirischen Methoden, die in der Regel anhand von experimentellen Daten parametrisiert sind. Die Autoren stellen fest, dass sol-che weit verbreiteten empirischen Mo-delle zwar deutlich besser mit den ex-perimentellen Daten übereinstimmen, aber bei Strukturänderungen die Ände-rung der NMR-Verschiebungen stark
unterschätzen. Für zwei verschiedene Strukturmodelle des betrachteten Pro-teins führen die quantenchemische Rechnungen zu C- und N-Verschiebun-gen, die sich um bis zu 12 bzw. 14 ppm unterscheiden, während die empiri-schen Modellen nur Änderungen von 3 bzw. 4 ppm voraussagen. Diese Er-gebnisse lassen sich zwar einerseits mit einer impliziten Mittelung in empi-rischen Modellen erklären, stellen aber andererseits deren Anwendbarkeit zur Verfeinerung von NMR-Strukturen in Frage. CRJ[J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 122]
Argonverbindung im Krebsnebel
M Im interstellaren Medium finden sich vielfach auch hochreaktive Verbin-dungen; Edelgasverbindungen waren bisher aber noch nicht darunter. Barlow et al. weisen jetzt durch Rotationsspek-
troskopie 36ArH+ im Bereich des Krebs-nebels nach. Dieser entstand durch die Supernova 1054, bei der ein etwa 8 bis 16 Sonnenmassen schwerer Stern im-plodierte. Das ungewöhnliche Isotopo-mer 36ArH+ ist dabei zu erwarten, da die Argonatome im Krebsnebel durch einen Fusionsmechanismus entstanden, im Gegensatz zum irdischen Argon, das durch radioaktive Prozesse entsteht und zu über 99 Prozent aus 40Ar besteht. Die Autoren identifizierten zwei Emissions-banden bei 617,5 und 1234,6 GHz, die sie den Rotationsübergängen J = 1–0 und 2–1 für 36ArH+ zuordneten. Sie neh-men dabei an, dass 36ArH+ durch Kollisi-on mit H2-Molekülen oder Elektronen in einen höheren Rotationszustand über-geht. Deshalb sind im Krebsnebel die Rotationsbanden von 36ArH+ auch nur in Bereichen mit hoher H2-Konzentration zu beobachten. AS[Science 2013, 342, 1343]
Chemie
Rekonfigurierbare Chip-Freiflusselektrophorese
M Cheng et al. stellen einen Mikro-chip für die freiflusselektrophoreti-sche Trennung vor. Dieser wechselt durch Zu- oder Abschalten integrier-ter bipolarer Membranen in einem Zulaufkanal schnell und unkompli-ziert zwischen einer Zonenelektro-phorese und einer isoelektrischen Fokussierung im selben Trennbett. Im abgeschalteten Modus wird ein Medium mit konstantem pH für die zonenelektrophoretische Trennung bereitgestellt. Im aktivierten Zu-stand wird ein pH-Gradient im Be-
reich von etwa pH 2 bis 11 für die isoelektrische Fokussierung erzeugt, der über eine Gabelung aufgespal-ten und an verschiedenen Einlässen in das Trennbett geleitet wird. Die Möglichkeit, dasselbe Analytge-misch in einer relativ simplen Anord-nung unterschiedlichen Trennver-fahren zu unterziehen, ist vielver-sprechend für die integrierte Mi-kroanalyse von Biomolekülen und wurde an Modellproteinen verifi-ziert. SN[Lab Chip 2013, doi: 10.1039/C3LC51023A]
pH-7-Elektrolyt pH-7-Elektrolyt
Protein-mischung
Protein-mischung
Zonenelektrophorese Isoelektrische Fokussierung
bipolareMembran
bipolareMembran
pH 7 pH 7 niedriger pH hoher pH
(20 Mol-%)Ir(ppy)3 (1 Mol-%)
DMA, KH2PO4Octanal, 23 °C
HS CO2CH3
OTBS
OTBS
N
CH3
N CH3
CN+
86% Ausbeute
Fluoreszenzlampe (26W)
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M Die Hydroborierung transformiert Alkine selek-tiv ohne Überreduktion zu (Z)-Olefinen, die in Naturstoffen und Pharmaka häufig vorkommen. Eine komplementäre Methode für die eben-falls sehr wichtigen (E)-Alkene gab es bisher nicht. Sundararaju und Fürstner berichten jetzt über eine ruthenium -katalysierte Hydroborierung von inter-nen Alkinen (1) mit Pinakolboran, die in meist hohen Ausbeuten und guten (E)-Selektivitäten Vinylboronate (2) liefert. Die Reaktion funktioniert mit vielen Substituenten, selbst Substrate mit problematischen schwefelhaltigen oder Nitrogruppen werden glatt umgesetzt. Unsymmetrische Alkine liefern er -wartungsgemäß Gemische von Regio -isomeren. Die Reaktion versagt jedoch für terminale und Diarylalkine. Der me-chanistische Unterschied zu gewöhnli-chen (Z)-selektiven Hydroborierungen besteht in der schrittweisen Übertra-gung des Wasserstoffatoms und der Boryl gruppe unter wahrscheinlicher Beteiligung eines kat ionischen Vinyl iden ruthe nium inter medi ats. UJ[Angew. Chem. 2013, 125, 14300]
Thiolaktone als Submonomerbausteine
M Thiolaktone eignen sich als Baustei-ne für die Synthese von Oligomeren mit definierter Sequenzstrutkur. Dies zei-gen Espeel et al. Die Thiolaktone dienen dabei als Submonomerbausteine. Die Ringöffnung eines festphasengebunde-nen Thiolaktons mit einem Amin lässt sich nutzen, um eine Seitenkette einzu-führen und ein Thiol freizusetzen. So können beliebige Seitenketten an defi-nierten Positionen eingeführt werden. Thiolaktonbausteinen können das Thiol in einer nukleophilen Substitution oder Michael-Addition kettenverlängern. Dieses Zweistufenverfahren erinnert an die Synthese von Peptoiden. Weitere Studien sollen klären, ob auch größere Oligomere kuppelbar sind. ATN[Angew. Chem. 2013, 125, 13503]
R1 R2
(1)
5 Mol-% [Cp*Ru(NCMe)3]PF6
R1R2
Bpin
HO
HBO
, CH2Cl2, 20 °C
= pin(2) 54-94%E:Z >84:16
Neue Kohlenstoffradikale aus der Flasche
M Persistente oder stabile Radikale haben sich in den letzten Jahren vie-lerorts in der organischen Synthese sowie der Polymer- und Materialche-mie als nützlich erwiesen, man denke hier an Nitroxide, Nitronylnitroxide oder Verdazyle. Im Gegensatz zu die-sen hetero atomzentrierten Radikalen sind isolierbare und langzeitstabile Kohlenstoffradikale abgesehen von einigen substituierten Tritylradikalen selten, da sie schnell dimerisieren. Bertrand und Kollegen finden jetzt, dass capto-dativ stabilisierte Radikale
(4), (5) oder (6) isolierbar sind und in Lösung und im Festkörper keine Ten-denz zur Dimerisierung zeigen. Sie entstehen aus den stabilisierten Carbenen (1) durch Umsetzung mit Benzoylchloriden (2) und nachfolgen-der Einelektronenreduktion der Benzoyliminiumsalze mit TDAE (3) als stabile kristalline Feststoffe. Die Autoren charakterisierten sie durch Röntgenkristallstrukturanalyse sowie in Lösung durch EPR-Spektroskopie und Cyclovoltammetrie. UJ[J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18766]
(1) Dipp = 2,6-iPr2C6H3(3)
(5) 58%N
Dipp1) C6H6-n(COCl)n n=1-3 (2), THFMe2N
Me2N
NMe2
NMe22) , CH2Cl2
NDipp
O
Ph
(4) 76%
NDipp
O
(6) 52%
O NDipp
NDipp
NDipp
NDipp O O
O
Hydroborierung von Alkinen – jetzt auch trans-selektiv
X
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Oxidative sigmatrope Umlagerungen
M Thomson und Mitarbeiter beschrei-ben eine Eintopfreaktionskaskade aus oxidativer, [3,3]-sigmatroper Umlage-rung optisch aktiver N-Allylhydrazone und Friedel-Crafts-Alkylierung. Dabei entstehen symmetrische und unsym-metrische 1,1-Bisaryl-Bausteine. Der PhI(OTf)2-induzierten Umlagerung unter quantitativem Chiralitätstransfer schließt sich die säurevermittelte Bil-dung eines Benzylkations an. Dieses lässt sich abschließend in guter Dia -stereoselektivität von aktivierten Aromaten nukleophil abfangen. JD[Angew. Chem. 2014,
doi:10.1002/ange.201307659]
Bindungsmodus von Catecholaten in Tyrosinase aufgeklärt
M Die Diskussionen über die Wechsel-wirkung der Tyrosinase mit phenoli-schen Substraten bleibt trotz jahrzehn-telanger Studien kontrovers. Nun klä-ren Jamet, Belle et al. in einer kombi-nierten Studie an einem Modellkom-plex und mit QM/MM-Rechnungen den Bindungsmodus von Kojisäure auf, ei-nem natürlichen übergangszustandsa-nalogen Inhibitor. Die Einkristallrönt-genstrukturanalyse an einem Modellin-hibitorkomplex eines verbrückten Pyri-din-Amin-Liganden zeigt den g2: g2- Modus, bei dem die deprotonierte Koji-säure beide Kupfer(II)ionen verbrückt und an ein Kupferatom bidentat bindet. Diesen unsymmetrischen Bindungsmo-dus sagten bereits Tuczek und Meyer vor zehn Jahren für Catecholate vorher. Durch spektrophotometrische Titration des Komplexes mit Kojisäure belegen Jamet und Belle zudem, dass Wechsel-wirkungen der zweiten Koordinations-schale sowie weitere Aminosäuren in der Tyrosinase die hohe Affinität der Ty-rosinase für Kojisäure verursachen. Die daraufhin an Tyrosinase durchgeführ-ten QM/MM-Rechnungen unterstützen diesen Bindungsmodus und erlauben es, die beiden Kupferionen hinsichtlich der unterschiedlichen Substratbindung zu unterscheiden. SHP[Chem. Commun. 2014, 50, 308]
M Eine kurze, sich an der Biosynthese orientierende Strategie erlaubt es, Ama-ryllidaceae-Alkaloide des Montanin-Typs darzustellen. Durch die von Xu Bao et al. entwickelte Route sind fünf Mantanin -alkaloide in acht bis neun Schritten zu-gänglich, die Gesamtausbeuten liegen zwischen 6,5 und 19 Prozent. Schlüssel-schritt ist eine bioinspirierte Tandemre-aktion aus oxidativer Dearomatisierung und folgender intramolekularer aza- Michaeladdition. Diese baut ausgehend von Cheryllin-Intermediaten diastereo-selektiv das charakteristische 5,11-Me-thanomorphanthridin-Grundgerüst auf. Zum Schluss führen stereoselektive Re-duktionen zu den verschiedenen Natur-stoffen und einigen ihrer Epimere. Diese generelle Route zu Montanin-Alkaloiden verdeutlicht eindrucksvoll das Potenzial bioinspirierter Naturstofftotalsynthe-sen, insbesondere der Alkaloide. FH[Angew. Chem. 2013, 125, 14417]
Bioinspirierte ATRP-Katalysatoren
M Die Gruppe um Matyjaszewskie zeigt, dass sich funktionalisierte Eisen-Porphyrin-Systeme für die Atomtrans-fer-Radikalpolymerisation (ATRP) eig-nen. Dazu reduzierten die Autoren He-min zu Mesohemin und veresterten die-ses mit Polyethylenglycol zu Mesohe-min-(MPEG350)2. Dieses katalysiert die Polymerisation von Methacrylaten in wässrigen und in organischen Lösungs-mitteln. Dabei wurden Polydispersitäten von bis zu 1,19 erreicht, und das erzielte Molekulargewicht korrelierte gut mit den Vorhersagen. Wichtig war der Zu-satz eines Reduktionsmittels wie Ascor-binsäure und von Bromidsalzen. Das vorgestellte System erreicht geringere Polydispersitäten bei höherer Anwen-dungsbreite als die bisher genutzten, bioinspirierten ATRP-Katalysatoren wie Katalase, Hemin oder Hematin. ATN[Angew. Chem. 2013, 125, 12370]
Metallfreie Katalyse? Eher nicht!
M Die katalytische Sauerstoffreduktion ist eine der Schlüsselreaktionen bei Brennstoffzellen, wobei auch Graphen-oberflächen als metallfreie Katalysato-ren diskutiert werden. Pumera et al. zei-gen jetzt, dass die Verunreinigungen in Graphen – vor allem MnO2 – eine zen-trale Rolle bei der katalytischen Sauer-stoffreduktion spielen. Metallverunrei-nigungen im ppm-Bereich kommen im natürlichem Graphit vor und können je nach Herstellungsmethode in Graphen deutlich höher sein. Vor allem Graphen, das durch die Oxidationsmethode nach Hummers erhalten wird, ist mit bis zu 8000 ppm MnO2 verunreinigt. Es ver-schiebt das Potenzial der Sauerstoffre-duktion um 133 mV. Die Untersuchun-gen zeigen somit, dass eine Analyse der Metallverunreinigungen zentral ist, um zu verifizieren, dass die literaturbe-schriebenen katalytischen Effekte tat-sächlich auf metallfreies Graphen zu-rückzuführen sind. AS[Angew. Chem. 2013, 125, 14063]
Jan Deska, Köln
Frank Hahn, Hannover
Sonja Herres-Pawlis, München
Christoph R. Jacob, Karlsruhe
Ullrich Jahn, Prag
Stefan Nagl, Leipzig
Axel T. Neffe, Teltow
Andreas Schnepf, Tübingen
Sauerstoffaktivierung versus Autoxidation
M Bei der Aktivierung von Sauerstoff durch Nicht-Häm-Eisensysteme ließ sich das zur hochvalenten FeIV-Oxo-Spezies führende Superoxido-FeIII-Intermedi-at bisher nicht fassen. Comba et al. haben nun eine Alkylperoxido-Bispidin-FeIII-Spezies identifiziert, die zur hydroxylierend aktiven FeIV-Oxo-Spezies weiter-reagiert. Bemerkenswerterweise ist der kinetische Verlauf der Substrat-C-H-Aktivierung sigmoidal und hat eine schlecht reproduzierbare Verzögerungsphase am Anfang. EPR- und UV/Vis-Spektroskopie zeigen, dass die eigentliche Sauerstoffaktivierung nicht durch den FeII-Komplex vermittelt wird, sondern autokataly-tisch durch die organischen Radikale. Diese Autokata-lyse hat weitreichende Bedeutung: Sie könnte auch für viele andere Eisenkomplexe, die vermeintlich Sau-erstoff aktivieren und Substrate oxidieren, der wahre Reaktionspfad sein. SHP[Chem. Commun. 2014, 50, 412]
