Wir synthetisieren und charakterisieren Kohlenhydrat-Metall-Komplexe.
Ein typisches Beispiel für das unerwartete Verhalten von Zuckern gegenüber Metall-Ionen ist das Reaktionsprodukt, das bei der Umsetzung von Mangan(iii)-Salzen mit d-Mannose erhalten wird. Obwohl sich d-Mannose als Aldohexose in der Fehlingschen Probe sofort als reduzierender Zucker zeigt, wird sie von Mangan(iii) keineswegs oxidiert, sondern es bildet sich ein Komplex, in dem zwei Mangan(iii)-Zentren von zwei fünffach - also vollständig - deprotonierten Zucker-Anionen als den einzigen Liganden komplexiert sind. Um diese Geometrie zu realisieren, nimmt die d-Mannose die β-Mannofuranose-Form ein, in der alle Hydroxylgruppen auf einer Seite des Kohlenstoffgerüstes stehen. Für die Mangan-Zentralatome resultiert dabei oktaedrische Koordination, wobei die beiden MnO6-Oktaeder kantenverknüpft sind. Selbst die Umsetzung der auf diese Weise gebundenen Mannose mit reinem Sauerstoff führt nicht zur Oxidation des "reduzierenden" Zuckers, sondern eines der beiden Mangan(iii)-Atome wird zur vierwertigen Stufe oxidiert, ohne daß sich die Geometrie des Zweikernkomplexes wesentlich ändern würde. Die Abbildung zeigt das [MnIIIMnIV(β-d-ManfH−5)2]4−-Ion (blau: MnIII, violett: MnIV).
Besonders interessant sind zwei Fälle:
- Gelingt die Synthese stabiler Komplexe bei neutralem pH-Wert, so haben die Ergebnisse Bedeutung für die Biochemie. Im Falle niedermolekularer Komplexe tragen wir dann zur Frage nach den Transportformen von Metallen in Organismen bei, im Falle höherer Aggregate sind es die Speicherformen einschließlich der Biominerale, über deren Bildung Erkenntnisse erhalten werden. Diese Versuche schließen eine Nutzung im Sinne neuer Therapiemöglichkeiten von Metall-Mangelerkrankungen ein (z. B. dem Eisenmangel), und sie erlauben die Konstruktion neuer Materialien nach dem Vorbild der Natur (biomimetische Synthese).
- Gelingt die Synthese von Aggregaten aus polyfunktionellen Bausteinen, so bewegen wir uns auf dem Gebiet der Supramolekularen Chemie. Neben der Erkenntnis, nach welchen Regeln große Strukturen aufgebaut werden können, ergibt sich hier bei Zentralmetallen wie Mangan als konkreter Nutzen die Synthese vielkerniger Komplexe mit hohen Spinmomenten, so daß die Herstellung von Einzelmolekülmagneten möglich wird. Die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften zählt daher zu den wichtigsten Folgeversuchen an unseren Verbindungen.
In stärker anwendungsbezogenen Arbeiten versuchen wir, Kohlenhydrat-Metall-Komplexe zu nutzen. Am weitesten entwickelt sind Arbeiten, radioaktives Rhenium zur Tumordiagnose und -therapie so an Kohlenhydrate zu binden, dass die erhöhte Affinität zwischen Tumor und Kohlenhydrat möglichst wenig beeinträchtigt wird.