SFB 624:  Templates - From Design of Chemical Matrices to Reaction Control

• Subject Area: Chemistry ; Biology
• Term: from 2002 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5485369

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Der Sonderforschungsbereich 624 hat sich mit chemischen Templaten befasst. Template (Schablonen) enthalten die Information zur strukturellen Organisation von Objekten, so dass von vielen möglichen geometrischen Anordnungen eine bestimmte deutlich bevorzugt wird. Chemische Template ordnen Atome, Molekülteile oder ganze Moleküle so, dass bei einer Reaktion von mehreren möglichen Produkten eines bevorzugt gebildet wird. Dabei rückten im Verlauf der Laufzeit zunehmend funktionale, über die Synthese hinausgehende Aspekte von Templaten in den Mittelpunkt des Interesses. Die Reaktionssteuerung durch Template ist also nicht auf die kovalente Verknüpfung von Atomen oder Molekülteilen beschränkt, sondern in einem weiter gefassten Umfeld zu sehen. So wurde auch die Wechselwirkung zweier (oder mehrerer) Moleküle oder Molekülteile berücksichtigt, ebenso wie das Abscheiden von Partikeln (Atome, Moleküle und deren Verbände) auf Oberflächen, falls diese Prozesse nicht in einer statistischen Art und Weise verlaufen, sondern durch eine Schablone gesteuert wurden. Im SFB 624 wurden komplexe und funktionale Templatarchitekturen in Lösung, an Grenzflächen und in Festkörpern untersucht. Nach der Topographie werden dabei konvexe, konkave, planare und lineare Template unterschieden. Die Projekte des SFBs sind in eine dieser vier Templatgruppen eingeordnet. Die Arbeiten des SFBs umfassten beispielsweise die Zielsetzungen, (a) die Reaktivität und Selektivität von homogenen und heterogenen Reaktionen zu steuern, (b) neue kovalente Template auszuarbeiten, zur Synthese neuer Architekturen zu nutzen und deren Funktionen zu bestimmen, (c) die Selektivität von (hierarchischen) Selbstorganisationseffekten zu verstehen und zu kontrollieren, (d) Templateffekte in enzymatischen Reaktionen aufzudecken und auszunutzen, (e) Stereokontrolle in enantio- und diastereoselektiven Prozessen auszuüben und (f) neue nanoskalige Materialien zugänglich zu machen. Neben funktionalen Aspekten gab es die methodischen Schwerpunkte (a) theoretische Methoden, (b) Massenspektrometrie, (c) Rastersondenmikroskopie, (d) Ultrakurzzeitspektroskopie und (e) optische Mikroskopie.

Publications

• A Versatile Toolbox for Variable DNA Functionalization at High Density. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15071
  S. Jäger, G. Rasched, H. Kornreich-Leshem, M. Engeser, O. Thum, M. Famulok
  
• A Versatile Toolbox for Variable DNA Functionalization at High Density. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15071-15082
  S. Jäger, G. Rasched, H. Kornreich-Leshem, M. Engeser, O. Thum, M. Famulok
  
• Hierarchical Assembly of Helicate-Type Dinuclear Titanium(IV) Complexes. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10371-10378
  M. Albrecht, S. Mirtschin, M. de Groot, I. Janser, J. Runsink, G. Raabe, M. Kogej, C. A. Schalley, R. Fröhlich
  
• Molecular Distortions and Chemical Bonding of a Large π-Conjugated Molecule on a Metal Surface. Physical Review Letters 2005, 94, 036106
  A. Hauschild, K. Karki, B.C.C. Cowie, M. Rohlfing, F.S. Tautz, M. Sokolowski
  
• Synthesis of Chiral Self-Assembling Rhombs and Their Characterization in Solution, in the Gas Phase, and at the Liquid-Solid Interface. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17672-17685
  K. S. Jeong, S. J. Kim, U.-S. Shin, M. Kogej, N. T. M. Hai, P. Broekmann, N. Jeong, B. Kirchner, M. Reiher, C. A. Schalley
  
• Understanding the Template Preorganization Step of an Artificial Arginine Receptor. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8748-8756
  B. Kirchner, M. Reiher
  
• Bridging Rotaxane’s Wheels – Cyclochiral Bonnanes, Angew. Chem. 2006, 118, 7454-7457; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7296-7299
  M. Radha Kishan A. Parham, F. Schelhase, A. Yoneva, G. Silva, X. Chen, Y. Okamoto, F. Vögtle
  
• Flying Capsules: Mass Spectrometric Detection of Pyrogallarene and Resorcinarene Hexamers. Angew. Chem. 2006, 118, 5339-5342; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 5214-5218
  N. K. Beyeh, M. Kogej, A. Åhman, K. Rissanen, C. A. Schalley
  
• Surface structure of an ultrathin alumina film on Ni 3 Al(111): A dynamic scanning force microscopy study. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 126106
  G. Hamm, C. Barth, C. Becker, K. Wandelt, C. R. Henry
  
• Biosynthesis of the antibiotic bacillaene, the product of a giant polyketide synthase of the trans-AT type. Angew. Chem. 2007, 46, 8195
  J. Moldenhauer, X.H. Chen, R. Borriss, J. Piel
  
• Disorder or Complexity? Understanding a Nanoscale Template Structure on Alumina. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4925
  S. Gritschneder, C. Becker, K. Wandelt, M. Reichling
  
• Oligothiophene-Based Catenanes: Synthesis and Electronic Properties of a Novel Conjugated Topological Structure. Angew. Chem. 2007, 119, 367-372; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 363-368
  P. Bäuerle, M. Ammann, M. Wilde, G. Götz, E. Mena-Osteritz, A. Rang, C. A. Schalley
  
• Polyamide Struts for DNA Architectures. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 4382
  T. L. Schmidt, C. K. Nandi, G. Rasched, P. P. Parui, B. Brutschy, M. Famulok, A. Heckel
  
• Spontane Verknotung – Von fadenförmigen Oligoamiden zu Kleeblattknoten. Angew. Chem. 2007, 119, 258-263; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 254-259
  J. Brüggemann, S. Bitter, S. Müller, W. M. Müller, U. Müller, N. Maier, W. Lindner, F. Vögtle
  
• Anion-Binding to Simple Resorcinarene-Based Cavitands: The Importance of C-H···Anion Interactions. Angew. Chem. 2008, 120, 800-804; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 788-792
  S. S. Zhu, H. Staats, K. Brandhorst, J. Grunenberg, F. Gruppi, E. Dalcanale, A. Lützen, K. Rissanen, C. A. Schalley
  
• Construction of DNA Architectures with RNA Hairpins. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 971
  G. Mayer, D. Ackermann, N. Kuhn, M. Famulok
  
• DNA Minicircles with Gaps for Versatile Functionalization. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 967
  G. Rasched, D. Ackermann, T. L. Schmidt, P. Broekmann, A. Heckel, M. Famulok
  
• Exploiting the mosaic structure of trans-acyltransferase polyketide synthases for natural product discovery and pathway dissection. Nature Biotechnol. 2008, 26, 225
  T. Nguyen, K. Ishida, H. Jenke-Kodama, E. Dittmann, C. Gurgui, T. Hochmuth, S. Taudien, M. Platzer, C. Hertweck, J. Piel
  
• The Role of Intermolecular Interactions on the Electronic and Geometric Structure of a Large π- Conjugated Molecule Adsorbed on a Metal Surface. Physical Review Letters 2008, 100, 136103
  L. Kilian, A. Hauschild, R. Temirov, S. Soubatch, A. Schöll, A. Bendounan, F. Reinert, T.-L. Lee, F.S. Tautz, M. Sokolowski, E. Umbach
  
• 4-exo Cyclizations by Template Catalysis. Angew. Chem. 2009, 121, 9044-9047; Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 8882-8885
  A. Gansäuer, D. Worgull, K. Knebel, I. Huth, G. Schnakenburg, G.
  
• Interaction of Radical Pairs Through-Bond and Through-Space: Scope and Limitations of the Point−Dipole Approximation in Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (29), 10092-10106
  C. Riplinger, J. P. Y. Kao, G. M. Rosen, V. Kathirvelu, G. R. Eaton, S. S. Eaton, A. Kutateladze and F. Neese
  
• Polyketide assembly lines of uncultivated sponge symbionts from structure-based gene targetting. Nat. Chem. Biol. 2009, 5, 494-501
  K. M. Fisch, C. Gurgui, N. Heycke, S. A. van der Sar, S. A. Anderson, V. L. Vebb, S. Taudien, M. Platzer, B. K. Rubio, S. J. Robinson, P. Crews, J. Piel
  
• Synthesis and Helicate Formation of a New Family of BINOL-based Bis(bipyrdine) Ligands. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3621-3630
  J. Bunzen, T. Bruhn, G. Bringmann, A. Lützen
  
• 2D Assembly of Metallacycles on HOPG by Shape-Persistent Macrocycle Templates. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1328-1333
  T. Chen, G.-B. Pan, H. Wettach, M. Fritzsche, S. Höger, L.-J. Wan, H.-B. Yang, B. H. Northrop, P.J. Stang
  
• A double-stranded DNA rotaxane. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 436-442
  D. Ackermann, T. L. Schmidt, J. S. Hannam, C. S. Purohit, A. Heckel, M. Famulok
  
• Intermetallic Interactions Within Solvated Polynuclear Complexes: A Misunderstood Concept. Angew. Chem. 2010, 122, 129-132; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 125-128
  N. Dalla Favera, U. Kiehne, J. Bunzen, S. Hytteballe, A. Lützen, C. Piguet
  
• Large All-Hydrocarbon Spoked Wheels of High Symmetry: Modular Synthesis, Photophysical Properties, and Surface Assembly. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1410-1423
  D. Mössinger, D. Chaudhuri, T. Kudernac, S. Lei, S. De Feyter, J.M. Lupton, S. Höger
  
• Oligomers and Cyclooligomers of Rigid Phenylene–Ethynylene–Butadiynylenes: Synthesis and Self- Assembled Monolayers. Angew. Chem. 2010, 122, 6237-6241
  S.-S. Jester, N. Shabelina, S. M. Le Blanc and S. Höger
  
• Empty Helical Nano-Channels with Adjustable Order from Low-Symmetry Macrocycles. Angew. Chem. 2011, 123, 3086-3089
  M. Fritzsche, A. Bohle, D. Dudenko, U. Baumeister, D. Sebastiani, G. Richardt, H. W. Spiess, M. R. Hansen, S. Höger
  
• Nanopatterning by Molecular Polygons. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11062-11065
  S.-S. Jester, E. Sigmund, S. Höger
  
• A complex microbiome underlying secondary and primary metabolism in the tunicate-Prochloron symbiosis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012 epub, doi: 10.1073/pnas.1111712108
  M. S. Donia, W. F. Fricke, F. Partensky, J. Cox, S. I. Elshahawi, J. Piel, M. Haygood, J. Ravel, E. W. Schmidt
  
• ENDOR Spectroscopy and DFT Calculations: Evidence for the Hydrogen-Bond Network Within α2 in the PCET of E. coli Ribonucleotide Reductase. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (42), 17661-17670
  T. Argirević, C. Riplinger, J. Stubbe, F. Neese and M. Bennati
  
• Hierarchical Self-Assembly of Polycyclic Heteroaromatic Stars into Snowflake Patterns. Angew. Chem. 2012, 124, 8683-8687
  S.-S. Jester, E. Sigmund, L. M. Röck, S. Höger
  
• Input-dependent induction of oligonucleotide structural motifs for performing molecular logic. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3508-3516
  T. Li, D. Ackermann, A. M. Hall, M. Famulok
  
• Polyketide proofreading by an acyltransferase-like enzyme. Chem. Biol. 2012, 19, 329-339
  K. Jensen, H. Niederkrüger, K. Zimmermann, A. L. Vagstad, J. Moldenhauer, N. Brendel, S. Frank, P. Pöplau, C. Kohlhaas, C. A. Townsend, M. Oldiges, C. Hertweck, J. Piel
  
• Porous Organic Cage Compounds as Highly Potent Affinity Materials for Sensing by Quartz Crystal Microbalances. Adv. Mater. 2012, 24, 6049-6052
  M. Brutschy, M. W. Schneider, M. Mastalerz, S.R. Waldvogel
  
• Reciprocal cross talk between fatty acid and antibiotic biosynthesis in a nematode symbiont. Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 2012, 51, 12086-12089
  A. O. Brachmann, D. Reimer, W. Lorenzen, E. Augusto Alonso, Y. Kopp, J. Piel, H. B. Bode
  
• Reversible light switch for macrocycle mobility in a DNA rotaxane F. Lohmann, D. Ackermann, M. Famulok. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11884-11887
  F. Lohmann, D. Ackermann, M. Famulok
  
• A Hydrogen-Bond Flip-Flop through a Bjerrum-Type Defect. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 2602-2605
  M. Olschewski, J. Lindner, and P. Vöhringer
  
• Substrate specificity in ketosynthase domains from trans-AT polyketide synthases. Angew.Chem. Int. Ed. Eng. 2013, 52, 1143-1147
  M. Jenner, S. Frank, A. Kampa, C. Kohlhaas, P. Pöplau, G. S. Briggs, J. Piel, N. J. Oldham