Unsere Forschung: Metallkomplexe mit großen und kleinen Biomolekülen – Kohlenhydrate und NO als Liganden

Es gibt zwei Arbeitsgebiete, die sich bei den eingesetzten Methoden treffen: die Kohlenhydrat-Metall-Komplexe und die Nitrosyl-Metall-Komplexe. Beiden Themengebieten ist gemeinsam, dass die wohl wichtigste Voraussetzung zum Verständnis einer chemischen Verbindung oft unbekannt ist: die Molekülstruktur. Die Ursache ist immer dieselbe, nämlich Probleme bei der Kristallisation einer Verbindung. In der Übergangsmetallchemie wird das Problem verschärft, da es oft um paramagnetische Zentralmetalle geht, so dass die NMR-Spektroskopie als Methode der Strukturanalyse in Lösung praktisch ausfällt.

Komplexe mit Kohlenhydrat-Liganden sind eine typisches Beispiel. Hier gelang es in den letzten Jahrzehnten, durch die Kristallisation stabiler Komplexe und durch begleitende NMR-Analytik an diamagnetischen Vertretern Regeln zu erkennen, wie diese polyfunktionellen Biomoleküle mit den Bindungsstellen eines Zentralmetalls wechselwirken. Stabile Komplexe werden gefunden, wenn die Deprotonierung der Kohlenhydrat-Hydroxyfunktionen gelingt. In Abhängigkeit von der Lewisacidität des Metalls kann dies auch in wässriger Lösung und auch nicht zu sehr vom physiologischen pH-Wert entfernt gelingen. Für eine Vielzahl von Metallzentren sind es wässrig-alkalische Bedingungen, unter denen stabile Komplexe entstehen, womit zugleich das Medium für die Kristallisation vorgegeben ist.

Im wässrigen oder einem wasserähnlichen Medium, wie es eine Lösung in Methanol bietet, lassen sich auch einige Zielverbindungen des zweiten Themenschwerpunkts synthetisieren, die Nitrosylkomplexe. Auch bei diesen muss jede Charakterisierung die Hürde der Kristallisation überwinden. Einer der Themenschwerpunkte, die Untersuchung von Nitrosyleisen-Komplexen zeigt dies besonders deutlich: das Chromophor des sogenannten braunen Rings, der qualitativen Nitratprobe, wird seid ungefähr 70 Jahren als [Fe(H2O)5(NO)]2+ formuliert, ohne dass jemals eine Strukturanalyse diese Vermutung erhärten konnte.

Bei unseren Arbeiten an Nitrosylkomplexen spielen jedoch auch Verbindungen eine Rolle, zu deren Synthese die volle Auswahl organische Lösungsmittel genutzt wird. Vor allem mit Ruthenium als Zentralmetall gelingt es, Mono- und Dinitrosyle herzustellen, die optisch in andere NO-Bindungsmodi geschaltet werden können, die also die sogenannte photoinduzierte Ligandisomerisierung (PLI) zeigen.

Unsere Publikationen aus diesen Arbeitsgebieten bieten einen Einstieg in diese Fragestellungen.

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