Jean-Marie Lehn wurde am 30. September 1939 in Rosheim im Elsass als Sohn des Bäckers Pierre Lehn und seiner Frau Marie geboren. 1950 bis 1957 studierte er während seiner Gymnasialausbildung eine ganze Bandbreite an Fächern wie Latein, Griechisch, Deutsch, Englisch, französische Literatur, Philosophie und Naturwissenschaften. Schon während seiner Schulzeit spielte er wie auch sein Vater Orgel und Klavier. 1957 erhielt er den Bachelor für Philosophie und experimentelle Wissenschaften und konzentrierte sich anschließend auf die Naturwissenschaften und insbesondere auf die Physik und die Chemie. 1960 bis 1963 war er unter der Leitung von Professor Dr. Guy Ourisson in Lehre und Forschung am Centre National de la Recherche Scientifique in Straßburg tätig, wo er auch 1963 seine Promotion über konformative und physikochemische Eigenschaften von Triterpenen mit dem Docteur ès Sciences abschloss.
Anschließend ging er als Postdoktorand für ein Jahr an die Harvard University in Cambridge, USA, wo er mit Robert Burns Woodward (Nobelpreisträger für Chemie 1965) zusammen an der Vitamin-B₁₂-Synthese arbeitete. In dieser für ihn wissenschaftlich sehr inspirierenden Zeit hatte er auch die Möglichkeit, mit dem späteren Nobelpreisträger Roald Hoffmann (Nobelpreis für Chemie 1981) erste quantenmechanische Berechnungen vorzunehmen, die später in die sogenannten "Woodward-Hoffmann-Regeln" mündeten.
Danach kehrte er an seine Alma Mater zurück, der er bis heute treu geblieben ist.
Er wurde mit nur 31 Jahren Professor an der Université Louis Pasteur in Straßburg (1970) und ist seit 1979 zusätzlich Professor für molekulare Wechselwirkungen am Pariser Collège de France. Darüber hinaus ist er einer der Direktoren des Instituts für Nanotechnologie in Karlsruhe^[2].

Lehn gilt als einer der Gründungsväter der supramolekularen Chemie, aus der sich später unter anderem die Chemie der "selbstorganisierenden" Prozesse und der adaptiven bzw. evolutionären Chemie entwickelte. Er definierte auch das Konzept der "molekularen Erkennung". Supramolekulare Chemie ist die Chemie der intermolekularen Bindung und beschäftigt sich mit Strukturen und Funktionen von Einheiten, die durch Assoziation von zwei oder mehreren chemischen Spezies gebildet werden^[3-5].

Lehns interdisziplinäre Forschungsarbeiten im Grenzgebiet zwischen physikalischer, anorganischer und organischer Chemie spiegeln sich auch in zahlreichen Patentdokumenten wieder.

Kryptanden

Zu Beginn seiner Schaffensperiode entwickelte Lehn 1968, angespornt durch die Entdeckung des Antibiotikums Valinomycin^[3], sogenannte Kryptanden, organische Käfigmoleküle bzw. makrocyclische Verbindungen, die ebenfalls wie Valinomycin Alkalimetallionen (zum Beispiel K⁺) sphärisch komplexieren können ( (1,76 MB) DE 20 28 556 C2 ), Figur 1.

Diese makrozyklischen Verbindungen haben die Fähigkeit, mit verträglichen Kationen stabile Metallkomplexe zu bilden. Die Fähigkeit zur Bildung dieser Komplexe und deren Stabilität hängt entscheidend von der Anordnung der Heteroatome N (Stickstoff) bzw. D (Sauerstoff oder Schwefel) oder der Gruppen, die das Kation umgeben A (Kohlenwasserstoffreste), wie in Figur 1 dargestellt, ab sowie auch von den relativen Durchmessern des Rings bzw. der Ringe und des Kations. Die Größe der Ladung des Kations hat keinen Einfluss; die Kationen selbst können organisch oder anorganisch sein. Die gebildeten Komplexe sind im Allgemeinen in Wasser, Chloroform, Methylenchlorid, Aceton oder anderen polaren Lösungsmitteln leicht löslich, während sie in unpolaren organischen Lösungsmitteln schwer löslich oder im Wesentlichen unlöslich sind. Diese makrozyklischen Verbindungen sind daher interessant bei Verfahren zur Entsalzung von Solen oder zur Abtrennung von Metallen, aber auch für den Kationentransport und bei der Herstellung von ionenselektiven Membranen. Darüber hinaus sind derartige Kryptanden auch wichtig als Zusatz bei pharmazeutischen Zubereitungen, weil die darin enthaltenen Spurenmetalle durch die Kryptanden gebunden werden und auf diese Weise das Auftreten einer katalytischen Oxidation der pharmazeutischen Wirkstoffe verhindert werden kann ( (1,76 MB) DE 20 28 556 C2 ).
Aus dieser Alkalimetall-Kryptat-Chemie entwickelte sich später die supramolekulare Chemie.

Ab 1976 forschte Lehn auch auf dem Gebiet der künstlichen Photosynthese und der Speicherung bzw. chemischen Umwandlung von Solarenergie ( FR 2 493 181 A1 , FR 2 409 262 A1 und (1,16 MB) DE 37 80 206 T2 ).

Anorganische Doppelhelix aus Oligopyridinliganden

Neben der Entwicklung weiterer makropolyzyklischer Verbindungen für die spezifische Erkennung sphärischer Substrate (Kationen oder Anionen), gemäß der Patenschrift (2,15 MB) DE 35 87 380 T2 , gelang es Lehn und seiner Arbeitsgruppe, auch eine neue Klasse von organischen Liganden - das sind die Oligobipyridin-Liganden (1) in Figur 2 - herzustellen, die hervorragende Komplexbildner für Metallionen sind. Die Herstellung dieser Oligopyridin-Liganden gelang unter anderem durch Reaktion des Hydroxybipyridinderivates 1 mit einem Metallhydrid (Natriumhydrid) oder einer Organometallverbindung in einem geeigneten Lösungsmittel (Butyllithium oder Kalium-t-butylat) als Base zu einem Salz und anschließender Umsetzung mit dem monohalogenierten Bipyridinderivat 3 unter Rückfluss zum Oligopyridin BP₂ aus (1,38 MB) DE 38 73 920 T2 . (Figur 2)

Die Mehrzahl dieser Oligopyridinliganden (1) geht durch Bindung mit den Metallionen gegebener Koordinationsgeometrie spontan in Polymetallkomplexe mit der Struktur einer Doppelhelix über, ähnlich der Struktur der Nukleinsäuren (Selbstorganisation zu einer "anorganischen Doppelhelix" (2), Figur 2). Diese lassen sich im biologischen Bereich wegen ihrer besonderen Eigenschaften beispielsweise zur Spaltung von DNS verwenden^[3] ( (1,38 MB) DE 38 73 920 T2 ).

Selbstorganisation und Selbsterkennung von molekularen Systemen

Im Hinblick auf die Selbstorganisation und Selbsterkennung von molekularen Systemen im Grenzgebiet zwischen Chemie und Biologie beschäftigte sich Lehn unter anderem auch mit der Synthese von Verbindungen und Zusammensetzungen, die polyphosphorylierte und Pyrophosphat-Derivate von Inositolen enthalten (Figur 3) und in biologischen Systemen weit verbreitet sind. Inositole sind unter anderem von Bedeutung als Botenstoffe zur Regulierung wichtiger Zellsignale und als allosterischer Effektor von Hämoglobin. Sie sind deshalb therapeutisch bei Ischämie einsetzbar (WO 2008/082 658 A2).

Eine Synthesestrategie von Lehn und anderen Forschern für ein spezielles Inositol-Derivat zeigt das Schema in Figur 3. Scyllo-Inositol als Edukt reagiert mit Tetrazol, Dibenzyl N, N-Diisopropylphosphoramidite zu Inositol-hexakis(dibenzylphosphat) 1. Letzteres wird mit einem Palladiumkatalysator und Triethylamin zum Inositol-Hexakis(dibenzylphoaphat)-Salz 2 umgesetzt. Dieses reagiert mit 1,3-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) zur Trispyrophosphat-Salz 3, das schließlich über einem Dowex-Ionenaustauscherharz in das korrespondierende Natriumsalz 4 umgewandelt wird.

Das Prinzip der molekularen Selbstorganisation von Porphyrinsystemen mit Erkennungsgruppen für mehrfache Wasserstoffbrückenbindungen machte sich Lehn auch zu Nutze, um Licht in chemische oder elektrische Energie umzuwandeln.

Lehn und andere Wissenschaftler erkannten, dass mehrfache Wasserstoffbrückenbindungen zwischen komplementären Erkennungsgruppen verwendet werden können, um Chromophore in engen Kontakt zu bringen und dass die Effizienz des Energietransfers zwischen den Energiedonatoren ("Antenne") und Energieakzeptoren ("Falle") vergleichbar ist mit der Effizienz, die man in kovalent verbrückten vergleichbaren Verbindungen findet.
Insbesondere können nach Lehn selbstkomplementäre Erkennungsgruppen P bzw. U wie zum Beispiel 2-Amino-Pyrimidin-5-yl, 1H-1,3,5-Triazen-2-on sowie Cyanur-1-yl aus Figur 4 (i) an lösliche Porphyringerüste B angekoppelt werden.

Die Tatsache, dass die für die Löslichkeit verantwortlichen funktionellen Gruppen direkt am Porphyrinmakrozyklus gebunden sind, ermöglicht die Bindung verschiedener Erkennungsgruppen am selben Chromophor (photoaktiver Teil), um den Energietransfer zu steuern bzw. zu modulieren.

Um eine gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln zu erreichen, enthalten die Porphyrine, die als Chromophore dienen, vorzugsweise lange Alkylketten wie beispielsweise -(CH₂)₁₀CH₃-Gruppen (Figur 4 (ii)). Ferner enthalten diese Porphyrine funktionelle Gruppen, die die Erkennungsgruppen durch eine elektronisch inerte Esterbindung einführen können. Vorteilhaft ist, wenn die Erkennungsgruppen durch einen Spacer (die schwarzen Balken in Figur 4) an das Porphyrinmolekül gebunden sind, weil dieser eine optimale Konformation ermöglicht und andererseits das Porphyrinmolekül nicht deformiert, sodass es zu keiner unkontrollierten Störung der photophysikalischen Eigenschaften kommt. Ebenfalls vorteilhaft für eine optimale Umwandlung von Licht in chemische oder elektrische Energie ist eine Metallierung des Porphyrinmoleküls vorzugsweise mit Zink (Zn).

Die Beeinflussung des Energietransfers durch die Wasserstoffbrückenbindungen kann durch Messung der Energietransferraten (K_ET) in den beiden in Figur 4 (ii) dargestellten Assemblage-Mischungen B-P:B(Zn)U und B(Zn)P:B-U gezeigt werden. Insbesondere entsprechen die nicht metallischen Porphyrinsysteme den Energieakzeptoren ( (1,04 MB) DE 101 46 970 A1 ).

Patentdokumente zu Jean-Marie Lehn

Publikationsnummer	Jahr	Titel
DE 20 28 556 C2	1969	Neue makrocyclische Verbindungen, ihre Herstellung und ihre Verwendung als Komplexbildner
CH 587 859 A	1971	Verfahren zur Herstellung von makrocyclischen Verbindungen
CH 606 124 A	1973	Procédé pour exalter le caractère basique des amorceurs de polymérisation ou de copolymerisation anionique
FR 2 398 079 A2	1977	Procédé de Polymerisation anionique à l'aide de cryptants
FR 2 409 262 A1	1977	Procédé de préparation d'hydrogène et complexes de coordination du rhodium mis en oeuvre dans ce procédé
FR 2 493 181 A1	1980	Photocatalyseur, un procédé pour sa préparation et ses applications
EP 0 085 320 B1	1982	Kaliumreagens und Verfahren zur Bestimmung von Kaliumionen
DE 35 87 380 T2	1984	Makropolyzyklische Komplexe von seltenen Erden und Verwendung als fluoreszierende Markierungen
DE 37 80 206 T2	1986	Verfahren zur photochemischen Spaltung von Nukleinsäure mit Hilfe von 2,7-Diazapyrenium-Dikationen, Diazapyren-Derivate
DE 38 73 920 T2	1987	Oligopyridinliganden, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Komplexbildnermittel
EP 0 321 353 B1	1987	Cryptates de terres rares, procédé d'obtention, intermédiares de synthèse et application à titre de marqueurs fluorescents
DE 692 16 621 T2	1991	Makrozyklische Seltener-Erden-Komplexe und deren Verwendung für die Reduzierung von Interferenzen in Fluoreszenzbestimmungsverfahren
US 5 296 475 A	1991	Pharmaceutical compositions comprising methanediphosphonic acid derivatives and macrocyclic polyethers
FR 2 774 998 A1	1998	Materiau photochromique a variation stable d'indice de refraction et/ou de birefringence
FR 2 812 634 A1	2000	Utilisation de composés aromatiques polycycliques pour fabriquer des médicaments capables d'inhiber la télomérase
US 2004/0 029 172 A1	2000	Generation of combinatorial libraries and assessment thereof by deconvolution
US 6 610 702 B2	2001	Ammonium salts of inositol hexaphosphate, and uses thereof
EP 1 430 074 B1	2001	Derives lipidiques d'aminoglycosides-pour la transfection
DE 101 46 970 A1	2001	Selbstorganisierende Assemmblage aus Porphyrin-Molekülen
US 7 084 115 B2	2003	Inositol pyrophosphates, and methods of use thereof
WO 2004/ 003 044 A2	2002	Dynamers: polymeric materials exhibiting reversible formation and component exchange
US 7 745 423 B2	2008	Calcium/sodium salt of inositol tripyrophosphate as an allosteric effector of haemoglobin
EP 1 776 334 B1	2004	Verwendung von dynamischen Mischungen zur kontrollierten Freisetzung von Duftstoffen
US 7 981 436 B2	2005	Hydrogels for the controlled release of bioactive materials
US 2008/0 200 437 A1	2006	Cyclitols and their derivatives and their therapeutic applications
US 2008/0 119 492 A1	2006	Compositions and methods for treating cancer and other diseases characterized by abnormal cell proliferation
WO 2007/ 085 991 A2	2006	Controlled release of active compounds from dynamic mixtures
EP 2 010 231 B1	2006	Flüssigkristalle auf Imin-Basis zur kontrollierten Freisetzung von bioaktiven Stoffen
EP 2 114 899 B1	2007	Kontrollierte Freisetzung von aktiven Aldehyden und Ketonen aus ausgewogenen dynamischen Mischungen
EP 2 318 100 B1	2008	Ausgewogene dynamische Mischungen mit stabilisierten Halbacetalen zur gesteuerten Freisetzung aktiver Alkohole

Quellen:

^[1] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Bundesarchiv_B_145_Bild-F088117-0003,_Jean-Marie_Lehn.jpg&filetimestamp=20120203093414 [recherchiert am 11.06.2012]

^[2] MLA style: "Jean-Marie Lehn - Autobiography". Nobelprize.org. 17.08.2012 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1987/lehn.html [recherchiert am 17.08.2012]

^[3] Jean-Marie Lehn: Supramolecular Chemistry - Scope and Perspectives Molecules, Supermolecules, and Molecular Devices (Nobel Lecture). In: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 27 (1988), 89-112

^[4] Jean-Marie Lehn: Perspectives in Supramolecular Chemistry-From Molecular Recognition towards Molecular Information Processing and Self-Organization. In: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 29, 1304-1319 (1990)

^[5] Jean-Marie Lehn: From supramolecular chemistry towards constitutional dynamic chemistry and adaptive chemistry. In: Chem. Soc. Rev., 36, 151-160 (2007)

© 2013 Deutsches Patent- und Markenamt | 22.02.2013