Mechanismen der molekularen Erkennung ‐ Untersuchungen an organischen Wirt‐Gast‐Komplexen

Nichtkovalente Wechselwirkungen sind die Grundlage der Informationsübertragung zwischen Molekülen sowohl in der belebten Natur als auch in synthetischen supramolekularen Strukturen. Trotz der immer genaueren Beschreibung biologischer Systeme und trotz der rasch zunehmenden Vielfalt synthetischer Wirt‐Gast‐Komplexe sind wir von einem systematischen und allgemein anwendbaren Verständnis der zugrundeliegenden zwischenmolekularen Kräfte noch weit entfernt. Die Organische Chemie ermöglicht den gezielten Aufbau nahezu beliebig variierbarer Wirtverbindungen mit komplementären, multiplen Wechselwirkungszentren und damit systematische experimentelle Analysen auf der Grundlage von weitgehend additiven Bindungsinkrementen. Obwohl selbst bei einfachen Ionenpaaren mehrere Mechanismen gleichzeitig wirken und wechselnde Entropie‐ wie Enthalpiebeiträge maßgebend sind, lassen sich in Analogie zu den Freie‐Enthalpie‐Beziehungen der Physikalisch‐Organischen Chemie einzelne Wechselwirkungen identifizieren und praktisch nutzbar machen. Aufbauend auf klassischen physikalisch‐chemischen Konzepten wird der Anteil an solvophoben Effekten, an Wechselwirkungen mit permanenten und mit induzierten Dipolen sowie an Wasserstoffbrücken soweit wie möglich empirisch quantifiziert. Bei Wasser als Solvens spielt neben hydrophoben Effekten seine geringe Polarisierbarkeit eine besondere Rolle. Die Quantifizierung von paarweisen Wechselwirkungen und ihrer Steuerung durch die Mikroumgebung sollte Hilfestellung leisten nicht nur bei der Konzeption neuer synthetischer Wirt‐Gast‐Komplexe, sondern unter anderem auch bei der rationalen Entwicklung von Wirkstoffen, von molekularen Schaltern, z. B. in der Sensortechnik, von enzymanalog arbeitenden Katalysatoren sowie bei Planung und Analyse biochemischer Experimente unter Einschluß gentechnologischer Verfahren.