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Flerovium – zwischen Metall und Edelgas | Flerovium ist weniger reaktiv als Quecksilber, aber reaktiver als Radon. Dies zeigen Untersuchungen am Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Wie der neueste Versuch belegt, geht Flerovium keine oder schwache Bindungen mit Quarz ein und kann bei Raumtemperatur an morphologisch günstige Stellen einer Goldoberfläche binden. Flerovium ist das schwerste untersuchte chemische Element. PKFront. Chem. 2022, doi: 10.3389/fchem.2022.976635Enzyminhibitor gegen Krebs | Der Enzyminhibitor Marbostat-100 verlangsamt das Wachstum von B-Zell-Lymphomen. Dies zeigt eine Studie der Universität Jena. Der Wirkstoff hemmt das Enzym Histon-Deacetylase 6 und senkt so die Konzentration des Eiweiß Myc in den Tumorzellen. Myc reguliert das Gen MYC, das für das schnelle Wachstum der Lymphome mitverantwortlich ist; verringert sich die Myc-Konzentration, stirbt ein Großteil der Tumorzellen. Auch Mäuse mit B-Zell-Lymphomen leben mit Marbostat-100 länger. PKOncogene 2022, doi: 10.1038/s41388–022–02450–3Mit Cer Bakterienbiofilme vermeiden | Um auf feuchten Oberflächen Biofilme zu bilden, kommunizieren Bakterien miteinander über Signalmoleküle. Werden diese enzymatisch verändert, binden sie zwar immer noch an die Rezeptoren, aktivieren aber nicht mehr die Prozessketten, die zu Biofilmen führen. Mainzer und Koblenzer Forschende ahmen die Enzymtätigkeit nun durch CeO2-Nanopartikel nach – diese ersetzen Haloperoxidasen, also solche Enzyme, die die Signalmoleküle halogenieren. ELACS Nano 2022, doi: 10.1021/acsnano.2c04377Paul Kuschmitz, Eliza Leusmann

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Über PSE‐Exoten, Bakterien und Krebs

Flerovium – zwischen Metall und Edelgas | Flerovium ist weniger reaktiv als Quecksilber, aber reaktiver als Radon. Dies zeigen Untersuchungen am Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Wie der neueste Versuch belegt, geht Flerovium keine oder schwache Bindungen mit Quarz ein und k...

In der homogenen Katalyse haben sich Rutheniumkomplexe zur Olefinmetathese etabliert. Aber Ruthenium ist selten und daher teuer. Ist Eisen eine Alternative? Dieser Beitrag beleuchtet die bisherigen Ergebnisse auf dem Weg zu einer homogenen eisenkatalysierten Olefinmetathese.Bei der Olefinmetathese tauschen formal die Alkylidengruppen R2C zwischen Alkenen oder zwischen Alkenen und anderen ungesättigten organischen Verbindungen; daran ist ein Katalysator beteiligt (<link href="#nadc20234133608-fig-0001">Abbildung 1a). Diese Reaktionen sind wichtig für Industrie und Labor. Es werden sowohl heterogene als auch homogene Katalysatoren genutzt.<figure xml:id="nadc20234133608-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/FopKWmRbTv6NFAJhX6QK"><figcaption><label>Abb.1: </label>a) Allgemeine Metathesereaktion, b) Grubbs-Katalysator der zweiten Generation mit vereinfachtem Katalysemechanismus.</figcaption></figure></figure>Ein Beispiel für die Anwendung eines heterogenen Katalysators basierend auf Molybdänoxid ist ein Teilprozess des Shell Higher Olefin Process (Shop), bei dem langkettige α-Olefine (Olefine mit einer terminalen H2C-Einheit) aus Ethen gewonnen werden. Unter den Katalysatoren für die homogene Katalyse haben sich Rutheniumkomplexe etabliert, die viele funktionelle Gruppen tolerieren und damit ermöglichen, Verbindungen herzustellen, die biologischen und pharmazeutischen Anwendungen dienen. Ein prominenter Vertreter dieser Katalysatoren ist der Grubbs-Katalysator der zweiten Generation ((I), Abbildung 1b). Dieser Rutheniumkomplex reagiert nach dem Chauvin-Mechanismus: Die Metathese verläuft durch Cycloaddition an (I) (unter Bildung von (II)) und anschließende Cycloreversion.Da Ruthenium ein seltenes und teures Metall ist, wäre es vorteilhaft, es durch sein leichteres Homolog Eisen zu ersetzen.<h2 type="main">Ein Spezialfall: Carbonyl-Alkin- und Carbonyl-Olefinmetathese</h2>In der Carbonyl-Alkinmetathese und der Carbonyl-Olefinmetathese ist einer der Reaktanden eine Carbonylverbindung (<link href="#nadc20234133608-fig-0002">Abbildung 2). Das erste Beispiel für eine solche eisenkatalysierte Reaktion kam im Jahr 2011 von der Gruppe um Jana (Abbildung 2a).1) Die intramolekulare Carbonyl-Alkinmetathese ausgehend von (1) liefert als Produkt Benzopyranderivate (3). Solche Strukturmotive sind wichtig in der Pharmazie und kommen unter anderem in HIV-Medikamenten vor.<figure xml:id="nadc20234133608-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/X6eiUxv7THmvv528DJuM"><figcaption><label>Abb.2: </label>Beispiele für eisenkatalysierte Carbonyl-Alkin- und Carbonyl-Olefinmetathesen: a) Benzopyranderivate; b) Ringschlussmetathese unter Eliminierung von Aceton.</figcaption></figure></figure>Aufgrund der reaktiven C-O-Doppelbindung der Carbonylgruppe genügt bereits das Salz Eisen(III)chlorid, um die Reaktion zu katalysieren. Der Mechanismus umfasst die Aktivierung der C-O-Doppelbindung durch FeCl3 und die anschließende Cycloaddition zum Intermediat (2). Darauf folgt die Cycloreversion, wobei das Produkt (3) entsteht und gleichzeitig der Katalysator frei wird.Ein Beispiel für eine mit Eisen(III)chlorid katalysierte Carbonyl-Olefinmetathese hat im Jahr 2017 die Gruppe um Schindler publiziert.2) Hierbei entsteht in einer Ringschlussmetathese aus dem Keton (4) unter Eliminierung von Aceton der Cyclopentenester (6) (Abbildung 2b). Detaillierten mechanistischen Studien zufolge ähnelt der Mechanismus dem des vorherigen Beispiels und umfasst eine Cycloadditions-Cycloreversionssequenz über das Intermediat (5).Auf den ersten Blick ähnelt dieser Reaktionsmechanismus dem in Abbildung 1b gezeigten Chauvin-Mechanismus. Allerdings wird hier in der Cycloaddition kein Metallacyclus gebildet, sondern das Eisen(III)chlorid fungiert als Lewissäure, die die C-O-Doppelbindung polarisiert und somit deren Reaktivität erhöht.<h2 type="main">Theoretische Studien</h2>Echte eisenkatalysierte Olefinmetathesen nach dem Chauvin-Mechanismus erfordern Eisen-Alkylidenkomplexe. Allerdings haben diese im Vergleich zu Ruthenium-Alkylidenkomplexen einen entscheidenden Nachteil: Wegen der deutlich schwächeren Metall-Alkylidenbindung in Eisenkomplexen übertragen diese häufig ein Alkylidenfragment. Bei der Reaktion mit einem Olefin führt dies zu Cyclopropanierungen und der Entstehung eines Eisenkomplexes mit einer vakanten Koordinationsstelle (<link href="#nadc20234133608-fig-0003">Abbildung 3).<figure xml:id="nadc20234133608-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/cbaXRVSORaaLRBFOrkcN"><figcaption><label>Abb.3: </label>a) Konkurrierende Pfade bei der Reaktion zwischen einem allgemeinen Eisen-Alkylidenkomplex und einem Olefin, b) Beispiele für quantenchemisch untersuchte Komplexe für die Olefinmetathese.</figcaption></figure></figure>Damit ein Eisen-Alkylidenkomplex sich als Katalysator für die Olefinmetathese eignet, muss die Geschwindigkeitskonstante k2 für die Cycloreversion größer sein als die Geschwindigkeitskonstante k1 für die Eliminierung des Cyclopropans. Dieses Problem haben einige quantenchemische Studien untersucht. Wie die Gruppe um Solas-Montfort in einer Studie aus dem Jahr 2016 zeigt, verspricht es keinen Erfolg, Ruthenium in einem Grubbs-ähnlichen Katalysator (7-M) durch Eisen zu ersetzen, da für M = Fe die Cyclopropanierung kinetisch deutlich bevorzugt ist.3)In der selben Arbeit berichten die Forschenden allerdings von einem vielversprechenderen Kandidaten, nämlich dem kationischen Pincerkomplex (8). Hier wird das FeII-Zentrum von einem dreizähnigen, starken σ-Donorliganden koordiniert. Für diesen Komplex wurde eine höhere Geschwindigkeitskonstante für die Cycloreversion berechnet als für die Cyclopropanierung.Einen ähnlichen Komplex entwarf die Gruppe um Truhlar ((9), Abbildung 2b).4) Im Gegensatz zu Komplex (8) ist (9) neutral und hat ein Fe0-Zentrum. Auch hier ist die Cycloreversion – und damit die Olefinmetathese – gegenüber der Cyclopropanierung bevorzugt.Für effiziente Eisenkatalysatoren sind also andere Liganden und Komplexstrukturen zu verwenden als für die bekannten und etablierten Rutheniumsysteme.<h2 type="main">Erste Erfolge</h2>Im Jahr 2021 gab es den ersten Durchbruch auf dem Weg zu einer eisenkatalysierten Olefinmetathese: eine Enin-Metathese, also die Reaktion zwischen einem Alken und einem Alkin. Die Gruppe um Iluc synthetisierte den Eisen-Alkylidenkomplex (10), der in einem unvollständigen Chauvin-Mechanismus reagiert:5) Mischt man den Komplex mit Diphenylacetylen, erfolgt unter Abspaltung eines Trimethylphosphinliganden eine [2+2]-Cycloaddition (Komplex (11), <link href="#nadc20234133608-fig-0004">Abbildung 4, S. 76). Anschließend entsteht unter Cycloreversion der Komplex (12). Allerdings handelt es sich hier um eine stöchiometrische Reaktion, da (12) anschließend keine katalytische Reaktion mit einem Überschuss an Diphenylacetylen eingeht. Dennoch ist die beobachtete Reaktivität ein Fortschritt und eignet sich als Ausgangspunkt für weitere experimentelle und theoretische Arbeiten.<figure xml:id="nadc20234133608-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/UEPKJprIRmRYlH0OtSdY"><figcaption><label>Abb.4: </label>Cycloaddition und nachfolgende Cycloreversion ausgehend von Eisen-Alkylidenkomplex (10).</figcaption></figure></figure>Bemerkenswert ist: Die Struktur von Komplex (10) ähnelt der der theoretisch modellierten Katalysatoren (8) und (9). Komplex (10) ist wie (8) und (9) ein Pincerkomplex, der das Eisenzentrum in einer T-förmigen Konformation chelatisiert und starke σ-Donorfunktionen aufweist.Ebenfalls im Jahr 2021 veröffentlichte die Gruppe um Bukhryakov eine Arbeit zur eisenkatalyiserten Ringöffnungspolymerisations-Metathese (Romp) von Norbornen (<link href="#nadc20234133608-fig-0005">Abbildung 5).6) Bei diesem speziellen Fall einer Olefinmetathese entsteht aus einem polycyclischen Olefin, hier Norbornen, ein polymeres Olefin. Die im vorliegenden Fall gebildeten Polynorbornene sind Kunststoffe, die hohe optische Klarheit und hohe Glasübergangstemperaturen aufweisen.<figure xml:id="nadc20234133608-fig-0005"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/rmArwFAQ9u381Qqznmq1"><figcaption><label>Abb.5: </label>Ringöffnungspolymerisations-Metathese von Norbornen, katalysiert von Komplex (13).</figcaption></figure></figure>Der von der Gruppe eingesetzte Eisen(II)alkoxidkatalysator hat eine hohe Aktivität und Selektivität, insbesondere unter Zusatz von Hexafluoro-2-phenylpropanol. Der Mechanismus dieser eisenkatalysierten Polymerisationsreaktion ist bisher unbekannt. Der recht simple Eisen(II)alkoxidkatalysator könnte auf eine Lewis-säurekatalysierte Reaktion hindeuten. Allerdings schloss die Gruppe dies durch Kontrollexperimente aus, da Zufügen von Carbonylverbindungen die Aktivität des Katalysators nicht steigerte.<h2 type="main">In aller Kürze</h2>Eisen ist attraktiv für die Entwicklung von Katalysatoren für Olefinmetathesen, da es verglichen mit Ruthenium häufiger vorkommt, günstiger und weniger toxisch ist. In Einzelfällen ließen sich Metathesen mit Eisenverbindungen katalysieren oder Schlüsselschritte des Katalysekreislaufs beobachten. Theoretische Studien haben zu einem gewissen Verständnis beigetragen, welche Eigenschaften ein effizienter Eisenkatalysator haben muss. Die bereits erzielten Ergebnisse sind vielversprechende Ausgangspunkte für weitere Forschungsarbeiten, die effiziente Olefinmetathese mit Eisenverbindungen ermöglichen werden.<h2 type="main">Der Autor</h2>Peter Coburger, Jahrgang 1992, ist seit 1. Januar Liebig-Stipendiat und Gruppenleiter an der TU München. Seine Forschungsinteressen sind Redoxchemie von Hauptgruppen- und Übergangsmetallkomplexen cyclischer Biradikale. Er promovierte bei Evamarie Hey-Hawkins an der Universität Leipzig und schloss Postdoc-Aufenthalte bei Robert Wolf (Regensburg, 2019 – 2020) und Hansjörg Grützmacher (Zürich, 2020–2022) an.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/45ZrqE3PQGehLN30PzAk"><ul class="references" xml:id="nadc20234133608-bibl-0001" style="numbered" cited="no"><li xml:id="nadc20234133608-bib-0001">1 K. Bera, S. Sarkar, S. Biswas, S. Maiti, U. Jana, J. Org. Chem. 2011, 76, 3539–3544</li><li xml:id="nadc20234133608-bib-0002">2 J. R. Ludwig, S. Phan, C. C. McAtee, P. M. Zimmerman, J. J. I. Devery, C. S. Schindler, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10832–10842</li><li xml:id="nadc20234133608-bib-0003">3 É. de Brito Sá, L. Rodríguez-Santiago, M. Sodupe, X. Solans-Monfort, Organometallics 2016, 35, 3914–3923</li><li xml:id="nadc20234133608-bib-0004">4 B. Yang, D. G. Truhlar, Organometallics 2018, 37, 3917–3927</li><li xml:id="nadc20234133608-bib-0005">5 M. R. Hoffbauer, V. M. Iluc, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 5592–5597</li><li xml:id="nadc20234133608-bib-0006">6 D. S. Belov, L. Mathivathanan, M. J. Beazley, W. B. Martin, K. V. Bukhryakov, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2934–2938</li></ul>

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