Von Aromaten und Heterocyclen zur Bio- und Nanotechnologie

1971–1998 Ordentlicher Professor für Organische Chemie an die Universität Stuttgart; 1986–1990 Rektor der Universität Stuttgart; 2003–2008 Direktor des ITCF – Institut für Textilchemie und Chemiefasen, Denkendorf.

Vorbemerkungen

1 Von der Kindheit im Altvatergebirge über die Vertreibung zum Chemie-Studium
1.1 Kindheit und Schule von 1930-1945
1.2 Vertreibung und Neuanfang in Bobingen 1946-1948
1.3 Über die Textilingenieurschule zum Studium der Chemie 1949-1956

2 Azapurine, Formamid als "Wunderreagenz", Purinsynthese und Dimethylformamid/Dimethylsulfat-Komplexe
2.1 "8-Azapurine" (v-Triazolo(d)pyrimidine)
2.2 Formamid - Basismolekül für die abiotische Bildung von Nucleobasen
2.3 Säureamid-Dialkylsulfat-Komplexe und ihr Synthesepotential

3 Enolether -Alternative zu Enaminen in der Synthese
3.1 Reaktionen von Enolethern mit Säurechloriden - Polycarbonylverbindungen
3.2 Mechanismus polarer 2+2 Cycloadditionen
3.3 Reaktionen von Ketoenolethern mit Malonsäuredichlorid - Phloroglucine, Metacyclophane, "Effenberger-Cyclisierung"

4 Symmetrische Triaminobenzole - Modellverbindungen der elektrophilen Substitution und der Oxidation von Aromaten
4.1 Darstellung symmetrischer Tris(dialkylamino)benzole - isolierbare Sigma-Komplexe
4.2 Sigma-Komplexe und Radikalkationen
4.3 Die Bromierung von N,N-Dimethylanilin (DMA) - isolierbare Pi-Komplexe
4.4 Radikalkationen - unterschätzte Zwischenstufen in der Aromaten- und Heterocyclenchemie
4.5 Einfluss von Cyclopropylgruppen auf Reaktivität und Orientierung bei elektrophilen Aromatensubstitutionen

5 Elektrophile Agentien - neue Entwicklungen und präparative Anwendungen
5.1 Die Friedel-Crafts-Acylierung von Aromaten - Carbonsäure-trifluormethansulfonsäureanhydride
5.2 Neue Halogen- und Schwefelelektrophile Sulfonsäuretriflate - ausgezeichnete Sulfonylierungsagentien
5.3 Carbonsäure-dihalogenphosphorsäureanhydride
5.4 2- und 4-Pyridone - ideale Austrittsgruppen für selektive Acylierungen

6 Unkonventionelle Aromaten- und Heteroaromaten Substitutionen
6.1 Reversibilität und Isomerisierung bei elektrophilen Aromatensubstitutionen
6.2 Ipso-Substitutionen von Trimethylsilyl-Aromaten und Heteroaromaten
6.3 Basenkatalysierte Reaktionen von Tricarbonyl(trimethylsilylaren)chrom-Komplexen mit Elektrophilen

7 Alpha-Aminosäuren - neue Synthesen und Reaktionen
7.1 Synthesen der Racemate von Lysin, Serin und Cystein
7.2 Eine allgemein anwendbare Synthese von N-Acetyl-dehydro-Alpha-aminosäuren
7.3 L-Pyroglutaminsäure als Basis für die Synthese von Prolin und von Gamma-Carboxy-L-glutaminsäure (L-Gla)
7.4 Chirale Alpha-Hydroxycarbonsäuren - Edukte für die stereospezifische Herstellung von D- und L-Aminosäuren

8 Hydroxynitril-Lyasen - Gewinnung, Struktur, Anwendungen - und Synthesen chiraler Wirkstoffe
8.1 Hydroxynitril-Lyasen - Gewinnung, katalytische Aktivität, Struktur und Katalysemechanismus
8.1.1 (R)-Oxynitrilase-katalysierte Herstellung von (R)-Cyanhydrinen und deren Folgereaktionen
8.1.2 (S)-MeHNL katalysierte Addition von Blausäure an Aldehyde zu (S)-Cyanhydrinen
8.1.3 Kristallstrukturen und Mutanten der (S)-MeHNL-Katalysemechanismus
8.2 Enzymkatalysierte Synthesen chiraler Wirkstoffe
8.2.1 Chirale 2-Aminoalkohole: Adrenaline, Ephedrine und Amphetamine
8.2.2 Stereoselektive Synthesen von (R)-Pantolacton, (R)-Tetronsäuren, L-Daunosamin und Clopidogrel (Plavix®)
8.2.3 HNL-katalysierte cis- und trans- Additionen von HCN an 4-substituierte Cyclohexanone
8.2.4 Aldolase- und Transketolase-katalysierte Synthesen von Amino- und Thiozuckern

9 Molekularelektronik und selbstorganisierende Monoschichten (SAMs)
9.1 Von der Mikroelektronik zur Molekularelektronik
9.1.1 Gründung und Ziele des SFB 329 "Physikalische und chemische Grundlagen der Molekularelektronik"
9.1.2 Synthese und Energietransfereigenschaften endständig substituierter Polyene
9.1.3 Synthesen und Energietransfereigenschaften endständig substituierter Oligothiophene
9.1.4 Donor-Akzeptor substituierte Bithiophene - neue Farbstoffe mit ausgeprägter positiver Solvatochromie
9.1.5 "Schaltermoleküle" für einen intramolekularen Elektronentransfer
9.2 Selbstorganisierende Monoschichten (SAMs) - Synthesen, Charakterisierung, "Superdielektrika", Anwendungen in der Mikroelektronik
9.2.1 Self-Assembled Monolayers von Organosilanen auf oxidiertem Si(100)
9.2.2 Insolar - Hysolar - SFB 270: "Wasserstoff als Energieträger"
9.2.3 SAMs auf wasserstoffterminiertem Silizium - Strukturierung von Si-H-Oberflächen
9.2.4 Herstellung und Charakterisierung von SAMs auf Gold
9.2.5 Anwendungen Phenoxy-terminierter SAMs als "Superdielektrika" in der Mikroelektronik

10 Skilehrer, Hochschullehrer, Forscher und Rektor
10.1 Staatlich geprüfter Skilehrer (1961)
10.2 Hochschullehrer
10.3 Forscher und Rektor
Zentrum für Bioverfahrenstechnik Stuttgart
- Wasserstoff und der Kohlenstoff-Kreislauf
- Europäischer Studiengang Chemie an der École
- Nationale Supérieure de Chimie Strasbourg (ENSCS)
- Chemie-Ausbildung im Süden Brasiliens
- Umstrukturierung des Asian Institute of Technology (AIT) in Bangkok
- Institut für Textilchemie und Chemiefasern (ITCF) in Denkendorf von 2003-2009
- Dienstreisen mit Ministerpräsident Lothar Späth
10.4 Nachwort

Anhang
- Vita
- Chemistree
- Laborjournal
- Manuskript
- Publikationen
- Patente
- Inhaltsverzeichnis
- Links
- Bildquellen
- Personen

Vorbemerkung

Im Dezember 2019 fragte der Vorsitzende der GDCh-Fachgruppe "Geschichte der Chemie", Carsten Reinhardt, bei mir an, ob ich bereit und interessiert wäre, meine wissenschaftliche Autobiographie für eine neue Buchreihe zu verfassen. Der Beirat der Fachgruppe war der Überzeugung, dass das wissenschaftliche Lebenswerk eines Forschers am besten von ihm selbst im biographischen Zusammenhang geschildert werden sollte. Natürlich freute ich mich, dass das Auswahlgremium den Beitrag, den wir zur Entwicklung der Chemie in fünf Jahrzehnten geleistet haben, für würdig befunden hat, in einer Autobiographie der Buchreihe "Lebenswerke in der Chemie" herauszugeben. Nachdem zeitliche und technische Fragen zufriedenstellend geklärt werden konnten, sagte ich Carsten Reinhardt zu, das Manuskript bis Ende 2021 abzuliefern.

Die Vorstellungen und Überlegungen des Beirats, warum eine Autobiographie zum Verständnis und der Beurteilung des wissenschaftlichen Lebenswerks eines Forschers beitragen kann, möchte ich mit zwei Anmerkungen im Vorwort unterstreichen.

Im ersten Kapitel sind die Zufälle und die Schwierigkeiten in meiner Entwicklung bis zum Diplom-Examen beschrieben, die mich nachhaltig geprägt haben. Die oft schwierigen Verhältnisse mussten Folgen für den weiteren beruflichen und persönlichen Weg haben. Die Fähigkeit, rasch praxisnahe Entscheidungen in allen Lebenssituationen zu treffen, war durch diese Entwicklung ausgeprägt.

Ein weiterer Punkt, der einer Erklärung bedarf, ist die relativ große Flexibilität in unseren Forschungsschwerpunkten. Bis Ende der 1970er Jahre waren die Aromaten- und Heterocyclenchemie Schwerpunkte unserer Forschung. In vielen Fortbildungskursen der GDCh habe ich versucht, die neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet zu vermitteln. Das Interesse der Teilnehmer aus der Industrie daran war sehr groß, und die Kurse meist überfüllt. Dies änderte sich in den 1980er Jahren rapide. Durch die globalen Entwicklungen wanderte zuerst die Textilindustrie und mit ihr die Produktion der Textilfarbstoffe nach Südostasien ab. Es folgten mehr und mehr Zwischenprodukte für Pharmazeutika, Farbstoffe und Pigmente, die mit immer drastischeren Umweltauflagen als "Dirty Chemistry" nicht mehr zu Deutschland passten. So kam ich zwangsläufig zu der Überzeugung, dass man sich sowohl in der Forschung als auch in der Lehre diesen Entwicklungen nicht verschließen konnte. Meine feste Überzeugung blieb jedoch dabei immer, dass unsere Forschungsinteressen weiterhin die organische Synthesechemie, unter starker Berücksichtigung reaktionsmechanistischer Erkenntnisse, bleiben müssen. Anwendungen dieser Erkenntnisse sahen wir jetzt nicht mehr auf dem Gebiet der Textilfarbstoffe, sondern in den Grenzbereichen zur Biologie und Physik.

Unterstützt wurden diese Anwendungen der organischen Synthesechemie durch meine Funktion als Prorektor für Forschung und als Rektor der Universität Stuttgart. Mit dem wachsenden Interesse an neuen Technologien wie Mikroelektronik, Molekularelektronik, Biotechnologie, Solarwasserstoff und ihrer Förderung kamen äußerst interessante Aufgaben auf uns als Synthetiker zu, die wir gerne und mit Begeisterung aufgriffen und bearbeiteten.

Wichtiges Anliegen meiner Vorbemerkungen ist der Dank an alle, welche die in dem vorliegenden Buch beschriebenen Forschungsergebnisse ermöglicht haben. Vor allem danke ich meinen engagierten, kreativen und begeisterten Mitarbeitern, mit denen die Zusammenarbeit auf "Augenhöhe" für mich immer eine Freude war. Entschuldigen muss ich mich dafür, dass ich, auf Grund des vorgegebenen Umfangs des Buches, nicht alle interessanten wissenschaftlichen Ergebnisse aufnehmen konnte. Im Literaturverzeichnis sind jedoch alle publizierten Arbeiten dokumentiert. Man möge es mir auch nachsehen, dass ic