Wissenschaft + Forschung

Reichern sich bestimmte Moleküle zu stark im Blut an, richten sie großen Schaden an. Flächendeckende Tests erkennen diese Gefahr nun besonders früh.Seit dem 15. Mai 2026 testen Ärzte im Neugeborenenscreening auf vier Krankheiten mehr als bisher, nämlich Vitamin-B12-Mangel und die Stoffwechselkrankheiten Homocystinurie, Propionazidämie und Methylmalonazidurie. Bisher umfasste das Screening in Deutschland neunzehn Krankheiten, die zum Tod oder zu Behinderungen führen können, aber gut zu behandeln sind, wenn sie früh und zuverlässig erkannt werden.1)Homocystinurie ist eine angeborene Krankheit, die die Entwicklung stören sowie Sehprobleme oder Krampfanfälle auslösen kann.2) Der Grund hierfür ist, dass die Aminosäure Homocystein sich im Blut anreichert. Das liegt meist daran, dass das Enzym Cystathionin-β-Synthase (CBS) nicht richtig arbeitet. Bei Gesunden verbraucht CBS Homocystein, indem es dieses zu Cystathionin umsetzt (Abbildung).Betroffene von Homocystinurie behandeln die Symptome, indem sie die Nahrung um Vitamine und Betain ergänzen und wenig Protein essen.3)Bei Propionazidämie und Methylmalonazidurie baut der Körper ebenfalls verschiedene Aminosäuren langsamer oder nicht vollständig ab, was Herzerkrankungen oder Nierenschwäche <link href="#nadc20264159231-fig-0001">auslöst. Schn<figure xml:id="nadc20264159231-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpozb6wnhjqf07umgf2wk44l" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264159231_fig_0001_a_aa539d1890.png"><figcaption><label>Abb.1: </label>Bei Homocystinurie funktioniert die Reaktion von Homocystein zu Cystathionin nicht vollständig.</figcaption></figure></figure><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264159231-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264159231-bib-0001">1 Zum Expert:inneninterview des Gemeinsamen Bundesausschusses (G-BA): <a href="https://t1p.de/8tt82" target="_blank">t1p.de/8tt82</a></li><li xml:id="nadc20264159231-bib-0002">2 Zur Pressemitteilung des G-BA: <a href="https://t1p.de/c7mql" target="_blank">t1p.de/c7mql</a></li><li xml:id="nadc20264159231-bib-0003">3 Kinder- und Jugendmedizin 2009, doi: 10.1055/s-0038–1628930.</li><li xml:id="nadc20264159231-bib-0004">4 EMBO J. 2001, doi: 10.1093/emboj/20.15.3910</li></ul>

Artikel

Mehr Tests für Neugeborene

Interskriptum

„Eine Symbiose von Mensch und KI-gesteuerter Robotik und Datenauswertung könnte die Zukunft chemischer Innovationen sein.“ So lautet bei einem kommenden Nachrichten-Artikel die Bildunterschrift zum – natürlich, wie könnte es bei dem Thema anders sein? – KI-generierten Bild. Mensch und Roboter arbeiten da Hand in Hand, und vielleicht weil es um eine Mensch-Maschine-Symbiose geht, hat die nämliche sechs Finger. Vielleicht ist die KI aber auch einfach zu blöd, oder der Prompter hat nicht genau genug gepromptet. Oder vielleicht braucht man sich im postfaktischen Zeitalter sowieso nichts mehr an den Fingern einer Hand abzuzählen.Ja, es macht sich die große KI-Ernüchterung breit – der normale Hype-Zyklus, nach dem bei einer neuen Technik auf die Phase der (überzogenen) Erwartungen das Tal der Enttäuschungen folgt. Auch bei diesem Technologiesprung wird der Weltuntergang (höchstwahrscheinlich) ausbleiben, aber das Paradies steht leider auch nicht vor der Tür.Passend zur trüben Stimmung des Autors kommt folgende Meldung über einen starken Anstieg der Manuskripteinreichungen auf der Plattform ScholarOne (das ist ein Workflowsystem des Publishing-Dienstleisters Silverchair, das auch viele Chemie-Publisher verwenden): Im ersten Quartal 2026 lagen die Einreichungen 33 % über dem Vorjahr, wobei besonders kleine, wenig selektive Journale zulegten. Grund sind qualitativ schwache, wohl KI-gestützte Einreichungen.ScholarOne-Geschäftsführer Josh Dahl meint: Das eigentliche Problem sei eine überlastete wissenschaftliche Publikationskultur, in der der Druck zu veröffentlichen hoch ist und KI die Hürden für die Manuskripterstellung stark senkt. Der Einreichungsboom wird so zu einem Stresstest für das Peer-Review-System. Technische Lösungen wie KI-Detektion oder automatisierte Prüfungen werden nicht ausreichen. Nötig seien neue Regeln für Verantwortung, realistische Anreize und eine Diskussion darüber, wie unterfinanzierte Journale mit diesen Belastungen umgehen sollen. (Meine Vermutung: Indem sie mehr Geld in die Hand nehmen sollen, zum Beispiel für Produkte, die Josh Dahls Firma entwickeln wird.)Wir suchen jetzt erst mal mit human intelligence ein Bild eines fünffingrigen Menschen. Der darf dann auch gerne symbiotisch mit dem KI-Roboter chemische Innovationen finden. Die nächsten Phasen des Hype-Zyklus sind bekanntlich: der Pfad der Erleuchtung und schließlich das Plateau der Produktivität.Im Interskriptum schreibt Nachrichten-Chefredakteur Christian Remenyi über Chemisches und Komisches – und was sich sonst noch so im Zettelkasten der Redaktion findet. <a href="mailto:nachrichten@gdch.de">nachrichten@gdch.de</a>

Meinungsbeitrag

Kollege KI

Der KI-Nutzung überführt | Die Internationale Konferenz für Machine Learning (ICML) hat 497 Publikationen abgelehnt; das entspricht zwei Prozent der eingereichten Beiträge. Das lag daran, dass die Autor:innen unerlaubt KI verwendeten – doch nicht in ihren eigenen Publikationen, sondern in Gutachten, die sie zusätzlich schrieben. Um an der Konferenz teilnehmen zu dürfen, mussten sie andere Publikationen begutachten; die Teilnehmenden willigten ein, dabei keine Large Language Models (LLM) zu nutzen. Um dies zu prüfen, markierte die Organisation der ICML die Publikationen mit einem Wasserzeichen und versandte sie dann zur Begutachtung. Dieses Zeichen ist für menschliche Augen unsichtbar und befiehlt einem LLM, zwei Sätze oder Satzteile in das Gutachten zu schreiben, zum Beispiel durch weiße Schrift auf weißem Hintergrund. Kamen beide vor, bedeutete dies, dass ein LLM das Gutachten geschrieben hatte.Zur Meldung des ICML: <a href="https://t1p.de/f1kx3" target="_blank">t1p.de/f1kx3</a>. Zum Wasserzeichen: PLoS One, doi: 10.1371/journal.pone.0331871Stabiler Eisen(I)-Komplex als Katalysator | In einem Komplex koordinieren zwei aromatische Duren-Moleküle an ein Eisen(I)-Ion und stabilisieren es somit in dieser Oxidationsstufe. Forschende vom KIT haben [Fe(Duren)2]+ synthetisiert und in einem zweiten Schritt die Durenliganden durch andere Moleküle ersetzt. Die so hergestellten Verbindungen katalysieren beispielsweise die Synthese von 1-Cyclohexyl-4-fluorobenzen oder bilden in situ aktive Katalysatoren.Zur KIT-Meldung: <a href="https://t1p.de/17sk6" target="_blank">t1p.de/17sk6</a>J. Am. Chem. Soc., doi: 10.1021/jacs.6c01660Kurzkettige PFAS zerstören | Ein zweistufiges Verfahren konzentriert und zerstört kurzkettige polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) in Wasser. In einer Sorptionszelle lagern sich die PFAs an einer positiv geladenen Elektrode aus Aktivkohle-Vlies ab. Durch Umpolen der Spannung lösen sich die PFAS wieder und lassen sich mit Wasser abspülen, sodass ein Konzentrat entsteht. Im zweiten Schritt zerstört eine hohe Spannung die PFAS an einer bordotierten Diamantelektrode.Kurzkettige PFAs sind wasserlöslich und gesundheitsgefährdend.Zum Bericht: <a href="https://t1p.de/e2iu8" target="_blank">t1p.de/e2iu8</a>Chem. Eng. J, doi: 10.1016/j.cej.2026.172856Nährstoffe im Meer modellieren | Ob Eisen im Meerwasser gelöst vorkommt oder ausfällt, sagt ein Modell von Kieler Forscher:innen voraus. Es berücksichtigt etwa Temperatur und pH-Wert des Wassers sowie organische Moleküle, die unterschiedlich stark an Eisen binden. In bisherigen Modellen wurde angenommen, dass alle organischen Moleküle im Wasser etwa gleich stark an Eisen binden. Um die Bioverfügbarkeit realistisch zu modellieren, ist es jedoch entscheidend, die unterschiedlichen Bindungsstärken verschiedener Moleküle zu berücksichtigen, wie das Team unter der Leitung des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel herausfand. Je mehr Eisen bioverfügbar ist, desto stärker wächst Phytoplankton.Nat. Commun., doi: 10.1038/s41467-026-72070-yStefanie Schneider

Meldung

Modelliert, stabilisiert, überführt und zerstört

Aduc-Preisträger Alex J. Plajer untersucht, wie sich Schwefel, Selen und Übergangsmetalle in Polymergerüste integrieren lassen. Dazu nutzt er selektive Co- und Terpolymerisationen sowie supramolekulare Polymere auf Basis definierter Metallkomplexe. So ergeben sich Materialien, deren Eigenschaften sich mit rein organischen Polymeren schwer erreichen lassen.Jährlich fallen bei der Erdölförderung Millionen Tonnen Schwefel an – ein Rohstoff, der nicht effizient genutzt wird. Dabei lassen sich daraus Polymere herstellen, die auf Licht oder Nukleophile reagieren und deren Materialeigenschaften einzigartig sind. Deshalb konstruieren wir Polymermaterialien, bei denen Elemente wie Schwefel, die sonst eher der Anorganik zugeschrieben werden, die Synthese und Eigenschaften bestimmen.<link href="#nadc20264157650-fig-0001">DieCopolymerisation von CS₂ und Epoxiden gilt als unselektiv: Neben Polydithiocarbonaten entstehen Monothio-, Trithio- und Carbonate.1) Zugrunde liegen den Reaktionen Umlagerungen zwischen Schwefel- und Sauerstofffunktionen. Dabei bilden sich zunächst Dithiocarbonate, die labil gegenüber intramolekularen Angriffen sind, wobei Thiolate entstehen. Diese reagieren konkurrierend zu Trithiocarbonaten oder Monothiocarbonaten. Vergleichbare Prozesse erklären auch, warum sich die Sequenzen von Thioanhydrid/Epoxid- und verwandten Systemen schlecht kontrollieren lassen.2)<figure xml:id="nadc20264157650-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz64w0hg3t07umidyuaifm" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157650_fig_0001_a_7658e2f1be.png"><figcaption><label>Abb.1: </label>a) Bei schwefelhaltiger Polymerisation entstehen oft Mischreaktionen der Sauerstoff- und Schwefelzentren, was die Materialeigenschaft beeinflusst. b) Eine in unserer Gruppe entwickelte selektive Umsetzung zu schwefelhaltigen Polymeren. c) Alkylfunktionalisierte Zn-Salphen-Komplexe assemblieren koordinativ durch Faserbildung zu lumineszenten Organogelen. Polyethylenglykol-funktionalisierte Varianten gelieren Wasser, indem sie Wassermoleküle in supramolekulare Fasern einbauen. [C]: Katalysator</figcaption></figure></figure>Wie sich trotz dieser Unordnung in der Mikrostruktur zeigt, bestimmen primär die Schwefelzentren viele Materialeigenschaften. Schwefelhaltige Polymere haben systematisch höhere Brechungsindizes, koordinieren an Übergangsmetalle und reagieren mit UV-Licht und Nukleophilen wie Aminen schneller als reine Sauerstoffanaloga.3,4)<h2 type="main">Umlagerungen unterbinden</h2>Eine unserer zentralen Strategien ist es daher, solche Umlagerungen zu unterbinden. Wird CS₂ mit Oxetan statt Epoxiden polymerisiert, entstehen nahezu quantitativ lineare Polydithiocarbonate.5) Oxetan begünstigt die Propagation unter anderem durch seine Ringgröße; verschiedene Katalysatoren bestätigen diese Monomerabhängigkeit.6) Das resultierende Polymer ist teilkristallin (Tm ≈ 90 °C) und verarbeitbar – anders als die amorphen Produkte unselektiver Reaktionen.Darauf aufbauend entwickelten wir weitere selektive Systeme. Thioanhydride und Oxetane liefern alternierende Ester-Thioester-Strukturen.7) Isothiocyanate mit Oxetanen ergeben Poly(thioimidocarbonate) mit Schmelzpunkten bis 180 °C.8) Ersetzt man S durch Se, steigen diese Werte auf etwa 240 °C. Der Trend O &lt; S &lt; Se liegt an stärkeren van-der-Waals-Wechselwirkungen schwererer Chalcogene.Neben selektiven Copolymerisationen nutzen wir die Umlagerungen auch gezielt für Terpolymerisationen dreier Monomere A, B und C. CS₂ und elementarer Schwefel reagieren unter Lithiumkatalyse zu periodischen (ABAC)n-Sequenzen, in denen Monothiocarbonate und Oligosulfide alternieren.9–12) Die eingebauten –Sx–Einheiten lassen sich aktivieren und nachträglich vernetzen, etwa für wiederverwendbare Klebstoffe.<h2 type="main">Metallkomplexe als Bausteine</h2>Neben der Schwefelchemie treiben uns andere Fragen um – und zwar schlicht aus Neugier. Was passiert, wenn man Metallkomplexe, die eigentlich als kleine Moleküle bekannt sind, dazu bringt, sich wie Polymerbausteine zu verhalten? Lassen sich damit Strukturen aufbauen, die organische Polymere allein nie erreichen könnten? Diese Fragen haben uns in die supramolekulare Polymerisation mit Übergangsmetallkomplexen geführt – am Anfang ohne konkretes Anwendungsziel.13)Ein Schwerpunkt liegt auf Zink-Salphen-Komplexen, deren Ligandenstruktur Stapelbildung und Gelierung steuert. In unpolaren Lösungsmitteln bilden diese Komplexe temperaturabhängige Stapelstrukturen.14) Indem wir das π-System des Liganden variierten, identifizierten wir Derivate, die sich beim Abkühlen selbst organisieren und Organogele bilden. Wie Elektronentomographie und Streuexperimente zeigen, bündeln sich gelierende Varianten zu parallelen Stapeln, deren Liganden die Steifigkeit bestimmen.Ein Polyethylenglykol-funktionalisierter Komplex verhält sich anders: In Wasser wirken Wassermoleküle in der Struktur als Co-Monomere und koordinieren zwischen benachbarten Metallzentren.15) Gleichzeitig vermitteln sie Wasserstoffbrücken zu den Liganden, wodurch hohle, hochgeordnete Fasern entstehen, die bei bestimmten Konzentrationen Hydrogele bilden. Funktionelle Gruppen an der Oberfläche erkennen selektiv chirale kleine Moleküle, wobei in der Struktur fixiertes Wasser steuert, wie Informationen zu Chiralität entlang der supramolekularen Achse weitergegeben werden. Indem wir das Zink-Salphen-Motiv an thermoresponsives Poly(N-isopropylacrylamid) (Pnipam) koppeln, kontrollieren wir nicht mehr nur die Faser-, sondern auch die Überstrukturebene. Die Strukturen reagieren auf Temperatur, Ionenstärke und Co-Lösungsmittel und bilden reversible Hydrogele.<h2 type="main">Drei Fragen an den Autor: Alex J. Plajer</h2>Was erachten Sie als Forscher als Durchbruch? Ich möchte meine Studierenden und Mitarbeitenden so führen, dass sie selbst die Probleme durchdringen. Als Durchbruch erachte ich es immer, wenn sie von selbst auf aufregende Ergebnisse stoßen.Meine besten Ideen kommen mir dann, wenn ich es am wenigsten erwarte, und nie dann, wenn ich es unbedingt will.Was ist der größte Erfolg Ihrer Forscherkarriere? Ich bin besonders stolz darauf, dass es mir gelungen ist, Wassermoleküle für die supramolekulare Polymerisation in Wasser als Lösemittel zu nutzen.Alex J. Plajer ist seit dem Jahr 2023 Juniorprofessor an der Universität Bayreuth. Zuvor arbeitete er als Liebig-Stipendiat an der FU Berlin. Promoviert hat er im Jahr 2020 an der Universität Cambridge, woran er einen Podstdoc-Aufenthalt in Oxford anschloss.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz68m6hg6n07um72zq9xqg" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157650_gra_0001_a_a0c70ba09a.png">Foto: privat<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264157650-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264157650-bib-0001">1 J. Stephan, M. R. Stühler, S. M. Rupf, S. Neale, A. J. Plajer, Cell Rep. Phys. Sci. 2023, 101510</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0002">2 M. R. Stühler, M. Kreische, C. Fornacon-Wood et al., Chem. Sci. 2024, 15, 19029</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0003">3 J. Stephan, M. R. Stühler, C. Fornacon-Wood et al., Polym. Chem. 2025, 16, 1003</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0004">4 C. Gallizioli, M. Sebastian, M. Cornelsen, C. Rossner, A. J. Plajer, Eur. Polym. J. 2025, 241, 114373</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0005">5 C. Fornacon-Wood, B. R. Manjunatha, M. R. Stühler et al., Nat. Commun. 2023, 14, 4525</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0006">6 B. R. Manjunatha, K. S. Marcus, R. M. Gomila, A. Frontera, A. J. Plajer, Green Chem. 2025, 27, 3494</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0007">7 C. Fornacon-Wood, M. R. Stühler, C. Gallizioli et al., Chem. Commun. 2023, 59, 11353</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0008">8 J. Stephan, J. L. Olmedo-Martínez, C. Fornacon-Wood et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202405047</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0009">9 P. Deglmann, S. Machleit, C. Gallizioli, S. M. Rupf, A. J. Plajer, Cat. Sci. Tech. 2023, 13, 2937</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0010">10 D. Silbernagl, H. Sturm, A. J. Plajer, Polym. Chem. 2022, 13, 3981</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0011">11 C. Gallizioli, D. Battke, H. Schlaad, P. Deglmann, A. J. Plajer, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202319810</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0012">12 C. Gallizioli, P. Deglmann, A. J. Plajer, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202501337</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0013">13 M. R. Stühler, A. J. Plajer, Polym. Chem. 2025, 16, 2799</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0014">14 M. R. Stühler, H. Makki, D. Silbernagl et al., Adv. Funct. Mater. 2025, 2507793</li><li xml:id="nadc20264157650-bib-0015">15 M. R. Stühler, H. Makki, T. Hilal et al., Adv. Mater. 2026, e19933</li></ul>

Mit einem Hauch Anorganik

The research of Aduc prize winner Charalampos (Babis) Pappas focuses on systems chemistry: his group demonstrates how aminoacyl phosphates drive peptide self-assembly, compartmentalization, and dynamic reaction cycles in water.Phosphate groups are among the most fundamental functional motifs in biology. They store and transfer chemical energy, regulate signaling pathways and encode genetic information. In his influential essay “Why Nature Chose Phosphates“, Frank Westheimer1) argued that the widespread use of phosphates in biology reflects a remarkable balance between stability in water and controlled reactivity. This balance is exemplified by adenosine triphosphate (ATP), the central energy carrier of metabolism. In humans, ATP is synthesized and consumed at a rate approaching an entire body weight per day. The energetic coupling of the hydrolysis of phosphate anhydride bonds to cellular transformations is a determining characteristic of living systems. In many biosynthetic pathways, ATP is first converted into acyl phosphates, most prominently aminoacyl adenylates, to activate carboxylic acids.2) These intermediates enable selective acyl transfer reactions in water. Acyl phosphates therefore are important for processes such as protein synthesis, lipid biosynthesis and post-translational modifications including ubiquitination (<link href="#nadc20264157649-fig-0001">Figure above).<figure xml:id="nadc20264157649-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz5vm9hfxo07um8rvgchyx" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157649_fig_0001_a_4e1fdbb02a.png"><figcaption><label>Abb.1: </label>Acyl phosphates as high-energy intermediates in biological acyl transfer.</figcaption></figure></figure>Our research aims to develop roles for phosphates outside of biology using a systems chemistry approach. Systems chemistry3) focuses on mixtures of interacting molecules rather than isolated species, emphasizing how emergent behaviour arises from exchange and feedback. In this context, non-biological phosphates are not treated merely as energy carriers, but as active components that encode information governing reactivity and structure formation. Studies of aminoacyl phosphate esters in water, conducted in the absence of biological machinery, enable us to investigate how chemical reactivity and self-assembly cross-regulate leading to dynamic reaction networks.<h2 type="main">Peptide Bond Formation from Aminoacyl Phosphates</h2>To understand how the chemical properties of acyl phosphates influence reaction pathways in water, we first examined peptide bond formation. The phosphate group not only activates the carboxylic acid but also improves solubility, keeping hydrophobic amino acids and growing oligomers accessible for coupling. Peptide bond formation emerges from the interplay between acyl transfer, hydrolysis, and phase separation.4) While short oligomers dominate in solution at early stages, longer and more hydrophobic sequences progressively partition into condensed phases (<link href="#nadc20264157649-fig-0002">Figure a on the right). We further found that the structure of the phosphate leaving group strongly influences both bond formation and self-assembly. Aminoacyl phosphate esters bearing different leaving groups follow distinct pathways, even when producing identical peptide bonds. In multicomponent mixtures, confinement of acyl phosphates by self-assembly promotes selective coupling. This establishes the leaving group as an active design element that enables self-sorting and regulates phosphoryl exchange.5)<figure xml:id="nadc20264157649-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz5ym5he5e07ux0k1rcpvn" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157649_fig_0002_a_9db6898876.png"><figcaption><label>Abb.2: </label>Aminoacyl phosphates directing bond formation and self-assembly. a) Sequence-selective peptide synthesis in water. b) Dynamic supramolecular organization regulates reaction cycles.</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Aminoacylation and Task Division</h2>A second consequence of acyl phosphate reactivity in water is aminoacylation, which introduces a distinct organizing principle that separates activation from assembly. In biology, this separation is achieved by transferring activated amino acids onto tRNA esters, thereby decoupling chemical activation from subsequent organization. We demonstrated that an analogous division of tasks arose in synthetic systems without enzymes or templates. Acyl transfer from aminoacyl phosphates yielded phenolic esters that underwent liquid-liquid phase separation. We showed that aromatic amino acid derivatives formed compartments, while their side-chain properties determined how these phases formed and which species they enriched.6) These condensed phases acted as selective microenvironments that biased partitioning and directionality of peptide-elongation, promoting assembly and C-elongation within droplets. Aminoacylation thus functioned as a sorting step that redistributed molecular species across phases and biased downstream reactions.<h2 type="main">Chemical Reaction Cycles</h2>The high acyl transfer potential of acyl phosphate esters also enables their utility in chemically fuelled reaction cycles. We demonstrated that these activated species act as fuels that drive non-equilibrium acyl transfer reactions, establishing cycles in which species form, assemble, and dissipate (Figure b above). Structural elements embedded in the acyl phosphate were transferred into reaction intermediates and assemblies, shaping their supramolecular organization and dynamics.7) We further showed that multiple cycles could be coupled through self-assembly, generating cascades in which the product of one cycle served as the input for another. Subtle molecular features, such as chirality introduced at the activation stage, biased these cascades and selectively influenced downstream reactivity. Together, these findings established that embedding chemical information into energy-rich phosphate species enabled control over reaction networks.Current research focuses on extending these principles toward phosphate-guided folding and bioconjugation.<h2 type="main">Three Questions for: Charalampos (Babis) Pappas</h2>What is your favourite element and why? Phosphorus. It lies at the heart of life’s chemistry, enabling processes from energy transfer to molecular organization.The biggest current challenge for scientists is preserving curiosity-driven research in an increasingly competitive research environment.A talent I wish I had is playing a musical instrument well. Music and chemistry share more structure than one might think.Since 2020, Charalampos G. Pappas has been leading a junior research group in systems chemistry at the University of Freiburg. Before that, he conducted postdoctoral research at the University of Groningen with Sijbren Otto and at the City University of New York with Rein Ulijn. He completed his doctoral studies in 2016 at the University of Strathclyde in Glasgow under the supervision of Ulijn.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz61zthe7107uxy7a3jmg5" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157649_gra_0001_a_e932cfcb4c.png">Private Photo<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264157649-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264157649-bib-0001">1 F. Westheimer, Science 1987, 235, 1173–1178</li><li xml:id="nadc20264157649-bib-0002">2 L Saile, C.G. Pappas, Angew. Chem. Novit, 2026, 2, e70019</li><li xml:id="nadc20264157649-bib-0003">3 J. M. Lehn, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 2836–2850</li><li xml:id="nadc20264157649-bib-0004">4 K. Dai, M. D. Pol, L. Saile et al., J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 26086–26094</li><li xml:id="nadc20264157649-bib-0005">5 A. Sharma, K. Dai, M. D. Pol et al., J. Am. Chem. Soc. 2026, 48, 8200–8212</li><li xml:id="nadc20264157649-bib-0006">6 K. Dai, L. Saile, M. D. Pol et al., Chem 2025, 11, 102589</li><li xml:id="nadc20264157649-bib-0007">7 L. Saile, K. Dai, M. D. Pol et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202508481</li></ul>

Why Nature Chose Acyl Phosphates

Aduc-Preisträgerin Schirin Hanf stellt Phosphorkatalysatoren her mit dem Ziel, das Beste aus zwei Welten zu vereinen: Sie sollen so aktiv und selektiv wie homogene und wiederverwendbar wie heterogene Katalysatoren sein.Katalytische Prozesse produzieren rund 80 % aller Chemikalien weltweit. Leistungsfähige homogene und heterogene Katalysatoren zu entwickeln ist für die chemische Industrie daher wichtig.1) Besonders homogene Übergangsmetallkomplexe sind häufig katalytisch hochaktiv und selektiv.Ein entscheidender Faktor für diese Eigenschaften sind die Moleküle, die an das Metallzentrum koordinieren. Diese Liganden entscheiden darüber, wie reaktiv das Metallzentrum im Komplex ist. Liganden beeinflussen neben der Komplexstabilität grundlegende Schritte von Katalysezyklen, etwa Substratkoordination, oxidative Addition, Einschub oder reduktive Eliminierung. So lassen sich homogene Katalysatoren für spezifische Reaktionen optimieren.<h2 type="main">Phosphanliganden als vielseitige Werkzeuge</h2>Phosphanliganden lassen sich synthetisch vielseitig modifizieren, um ihre elektronischen Eigenschaften und ihre sterischen Parameter einzustellen.Dadurch können Übergangsmetalle in unterschiedlichen Oxidationsstufen stabilisiert und ihre katalytische Reaktivität fein abgestimmt werden.Zudem ist die Koordinationschemie von Phosphanen vielseitig. Sie treten als monodentate Liganden auf oder besetzen als mehrzähnige Liganden mehrere Koordinationsstellen. Durch 31P-NMR-Spektroskopie lassen sich Phosphanliganden und ihre Metallkomplexe auch in geringer Konzentration charakterisieren. So lässt sich direkt verfolgen, wenn sich die elektronische Umgebung des Metallzentrums ändert oder Liganden getauscht werden. Das liefert wertvolle Einblicke in Struktur und Reaktivität homogener Katalysatoren.Beispiele aus unserer aktuellen Forschung verdeutlichen das Potenzial phosphorbasierter Liganden. Gewöhnliche Nickel(0)-Komplexe zersetzen sich an der Luft. Kürzlich stellten wir einen fluorophosphanbasierten Nickel(0)-Komplex her, der ungewöhnlich stabil gegenüber Luft und Wasser ist (<link href="#nadc20264157648-fig-0001">Abbildung rechts oben). Das liegt an der sterischen Abschirmung durch die elektronenziehenden Fluorophosphanliganden. Der Komplex entsteht aus einem Nickel(II)-Vorläufer, wobei gleichzeitig Nickel(II) zum Nickel(0)-Zentrum reduziert und der Phosphanligand fluoriert werden. Zusammen mit weiteren Phosphanliganden dient dieser Komplex als Katalysator in Kreuzkupplungsreaktionen, und er ist aktiver als häufig verwendete luftlabile Nickel(0)-Quellen.2)<figure xml:id="nadc20264157648-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz5mqchfuw07uma1kg499u" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157648_fig_0001_a_0c752b6a0b.png"><figcaption><label>Abb.1: </label>Der Ni0-Komplex [Ni(PFPh2)4] katalysiert verschiedene Kreuzkupplungen; er ist katalytisch aktiver und weniger luftempfindlich als viele konventionelle Nickel(0)-Katalysatoren.</figcaption></figure></figure>Bei Nickelkatalysatoren nutzen wir auch andere Ligandensysteme. So synthetisieren wir beispielsweise schwefelhaltige Diphosphanliganden mit kleinem Bisswinkel (PSP-Liganden). Da ihr Ligandenrückgrat flexibel ist, passt sich die Koordinationsumgebung ihrer Nickelkomplexe besonders gut an sterisch anspruchsvolle Substrate an. Dadurch lassen sich solche Verbindungen effizient in Kupplungsreaktionen umsetzen.3)<h2 type="main">Molekulare Katalysatoren heterogenisieren</h2>Homogene Katalysatoren erfüllen ihre Aufgabe hervorragend, sind aber nach der Reaktion schwierig zurückzugewinnen. Dadurch gehen Metalle verloren, die häufig wertvoll sind, und gleichzeitig kontaminieren sie die Produkte, was besonders beim Herstellen pharmazeutischer Wirkstoffe problematisch ist.Deshalb dominieren in vielen Industrieanwendungen heterogene Katalysatoren, bei denen Metallpartikel auf festen Trägermaterialien immobilisiert sind, wodurch sie sich nach der Reaktion leicht abtrennen lassen. Um Aktivität und Selektivität molekularer Katalysatoren mit den praktischen Vorteilen heterogener Systeme zu verbinden, wird zunehmend daran geforscht, molekulare Katalysatoren zu heterogenisieren. Phosphorspezies dienen in solchen Systemen etwa als Teil von Oberflächenliganden, als Stabilisator von Nanopartikeln oder dazu, direkt in Metallphasen eingebaut zu werden.4) Um heterogenisierte Katalysatoren zu entwickeln, kombinieren wir Übergangsmetalle mit p-Block-Elementen wie Phosphor zu d-Metall–p-Block-Phasen (<link href="#nadc20264157648-fig-0002">Abbildung rechts unten). Die p-Block-Elemente verdünnen das Metallgitter und trennen einzelne Metallzentren räumlich voneinander. Dadurch entstehen koordinativ ungesättigte und besonders reaktive Zentren, die ähnlich funktionieren wie aktive Zentren homogener Katalysatoren, mit den gleichen Elementarschritten. Häufig werden sie als frustrierte single sites bezeichnet.5)<figure xml:id="nadc20264157648-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz5pq3hfvq07umi21ojebg" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157648_fig_0002_a_b33264ac4b.png"><figcaption><label>Abb.2: </label>Heterogenisierte Katalysatoren: p-Block-Elemente verdünnen das Metallgitter. Dadurch entstehen reaktive Zentren, ähnlich aktiven Zentren homogener Katalysatoren. Ein Palladiumphosphid-Nanopartikel (Pd3P) katalysiert eine Alkoxycarbonylierung schneller als ein konventioneller heterogener Palladiumkatalysator.</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Phosphor in heterogenisierten Katalysatoren</h2>Ein Beispiel aus unserer Forschung zu heterogenisierten Katalysatoren mit frustrierten Aktivzentren sind Palladiumphosphid-Nanopartikel (Pd3P) auf Silica, die Alkoxycarbonylierungsreaktionen von Aromaten katalysieren. Wie Strukturuntersuchungen und Spektroskopie bestätigen, bilden sich kristalline Nanopartikel mit homogener Größenverteilung.Der Einbau von Phosphor in das Palladiumgitter verändert die elektronischen Eigenschaften und geometrische Struktur des Metalls. Dadurch entstehen räumlich isolierte und besonders reaktive Palladiumzentren. Die katalytische Aktivität dieser Materialien ist mehr als doppelt so hoch wie die konventioneller palladiumbasierter heterogener Katalysatoren. Wie diese Ergebnisse zeigen, eignet sich Phosphor nicht nur in molekularen Komplexen, sondern auch in festen Materialien zur Feinabstimmung katalytischer Eigenschaften.6)Auch künftig werden wir p-Block-Elemente einsetzen, um Metallzentren zu modulieren und damit Katalysatoren an der Grenze zwischen Molekül und Festkörper weiter zu verbessern.<h2 type="main">Drei Fragen an die Autorin: Schirin Hanf</h2>Was ist Ihr Lieblingselement und warum?Ganz eindeutig: Phosphor. Kaum ein Element ist so vielseitig – von zentralen Rollen in biologischen Systemen bis hin zu Anwendungen in der industriellen Katalyse.Was war der beste Ratschlag, den Sie bekommen haben?Auch einmal Nein zu sagen und sich auf das Wesentliche im Arbeitsalltag zu konzentrieren: die Forschung.Meine besten Ideen kommen mir bei Diskussionen mit meinen Doktorand:innen, auch wenn sie dabei manchmal denken, ich wäre verrückt. Ich bin wirklich sehr dankbar für meine Arbeitsgruppe und ihr Engagement.Schirin Hanf ist seit dem Jahr 2021 Tenure-Track-Professorin am Karlsruher Institut für Technologie. Zuvor arbeitete sie beim Unternehmen HTE, einer BASF-Tochter, zu heterogener Katalyse. Promoviert hat sie in Cambridge bei Dominic Wright über Phosphanliganden in der homogenen Katalyse. Im Jahr 2021 war sie Autorin dreier Beiträge für den Blickpunkt Anorganik der Nachrichten aus der Chemie.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmpoz5sp3hfwk07umnpi5idae" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264157648_gra_0001_a_6bc62ee062.png">Foto: privat<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264157648-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264157648-bib-0001">1 R. X. Qin, P. X. Liu, G. Fu, N. F. Zheng, Small Methods 2018, 2, 1700286</li><li xml:id="nadc20264157648-bib-0002">2 F. Flecken, A. Neyyathala, T. Grell, S. Hanf, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202506271</li><li xml:id="nadc20264157648-bib-0003">3 F. Flecken, T. Grell, S. Hanf, Chem. Commun. 2025, 61, 9262</li><li xml:id="nadc20264157648-bib-0004">4 F. Rang, T. Delrieux, F. Maurer et al., Small Sci. 2024, 4, 2400345</li><li xml:id="nadc20264157648-bib-0005">5 A. Neyyathala, E. Fako, S. De et al., Small Struct. 2025, 6, 2400260</li><li xml:id="nadc20264157648-bib-0006">6 A. Neyyathala, F. Jung, C. Feldmann et al., J. Cat. 2026, 456, 116733</li></ul>

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