Goldverbindungen

Gold als Katalysator

Vor den 1980er Jahren wurde dem Gold nur begrenzte katalytische Aktivität zugeschrieben. Mittlerweile hat Gold dank der Arbeit von Pionieren wie F. Dean Toste und Alois Fürstner, jedoch eine Schlüsselrolle bei der Übergangsmetall-Katalyse erlangt. Die Gold-vermittelte Katalyse (manchmal auch als π-Säure-Katalyse bezeichnet) stützt sich in der Regel auf Phosphin-ligierte Gold(I)-Komplexe und hat sich in letzter Zeit als potente Katalyse zur Bildung von C-C-Bindungen erwiesen. Diese sind in der Lage, verschiedene Reaktionen unter milden Bedingungen durchzuführen, darunter Cyclopropanierungen, Enyn-Isomerisierungen, Rautenstrauch-artige Neuanordnungen, En-Reaktionen und Ringerweiterungen. An dem Katalysatorsystem ist ein Phosphin-Gold(I)-Chlorid-Komplex beteiligt, kombiniert mit einem Silbersalz als Co-Katalysator, um die aktive Spezies in situ zu erzeugen.

Gold hat seine dekorative Rolle hinter sich gelassen und ist auch für pharmazeutische Prozesse zu einem Katalysator von bemerkenswerter Bedeutung geworden. Goldkatalysatoren spielen eine zentrale Rolle bei der Synthese von pharmazeutischen Zwischenprodukten und erhöhen die Effizienz in der Arzneimittelherstellung.

Als besonders leistungsfähiges synthetisches Werkzeug hat sich die Goldkatalyse erwiesen, wenn sie mit der Organokatalyse gekoppelt wird. Die Synergie zwischen Goldkomplexen und Organokatalysatoren zeigt eine bemerkenswerte Effizienz und fördert verschiedene Reaktionen, von Carbonyladditionen bis hin zu Cycloadditionen. Diese Fähigkeit zur Katalyse beschleunigt nicht nur die Reaktionsgeschwindigkeit, sondern ermöglicht auch die Synthese komplexer Arzneimittelzwischenprodukte mit außergewöhnlicher Selektivität. Im Zuge des Fortschritts in der pharmazeutischen Forschung sorgen binäre Katalysesysteme unter Anwendung sowohl von Gold als auch von Organokatalysatoren für eine Neudefinition der Synthesestrategien und ebnen den Weg für mehr Effizienz und Nachhaltigkeit in den Entwicklungsprozessen von Arzneimitteln.

Goldchlorid

Gold(III)-chlorid, eine Verbindung, die durch die Kombination von Gold und Chlor entsteht, weist in der Natur eine monokline Struktur auf. Es existiert in zwei Formen: wasserhaltig und wasserfrei. Bei beiden Formen handelt es sich um hygroskopische und lichtempfindliche Feststoffe. Gold(III)-chlorid ist eine Lewis-Säure und reagiert mit HCl unter Bildung von HAuCl4.

Es dient als Katalysator in der organischen Synthese und erleichtert die Schaffung komplexer molekularer Strukturen, wie sie für pharmazeutische Fortschritte unerlässlich sind. Darüber hinaus inspirieren seine antimikrobiellen Eigenschaften zur Erforschung neuartiger Antibiotika, die sich gegen arzneimittelresistente Infektionen richten.

Außerdem entsteht bei der thermischen Zersetzung von Gold(III)-chlorid Gold(I)-chlorid oder Goldmonochlorid. Es besitzt ein tetragonales Kristallsystem und ist in Wasser schwer löslich. Gold(I)-chlorid dient zusammen mit Aminen als Katalysator bei der synergistischen Katalyse in der Funktionalisierung von Aldehyden zur Bildung von Alkynyl-Aldehyd und Allenyl-Aldehyd mittels α-Alkinylierung und α-Allenylierung.

Goldchlorid-Trihydrat ist eine kristalline Verbindung aus Gold-, Chlor- und Wassermolekülen. Es dient als Reagenz in der analytischen Chemie, hilft bei der Identifizierung und Quantifizierung von Substanzen und wird auch zur Synthese verschiedener Goldverbindungen eingesetzt. Darüber hinaus spielt es eine entscheidende Rolle im Galvanisierungsprozess und ermöglicht das Aufbringen von Gold auf andere Metalloberflächen. Zudem dient Gold(III)-chlorid-Trihydrat als entscheidend wichtiger Ausgangsstoff für die Synthese von Au-NP mit unterschiedlichen Methoden. So wird HAuCl4 auch in der Turkevich-Methode zur Synthese von 20-nm-Partikeln verwendet. Die Brust-Schiffrin-Methode wurde entwickelt, um die Größe und geringe Dispersität von Au-NP mit Hilfe von HAuCl4-Lösung zu kontrollieren.

Gold-Nanopartikel

Kolloidale Nanopartikel, bekannt als Gold-Nanopartikel (AuNP), weisen vielfältige Oberflächenfunktionen und hervorragende thermomechanische Eigenschaften, eine große Oberfläche und geringe Toxizität auf. Gold-Nanopartikel werden in der Regel in einem Flüssigmedium durch Reduktion von Tetrachloridogoldsäure hergestellt. Nach dem Lösen der Säure wird diese rasch mit einem Reduktionsmittel vermischt. Dieser Prozess führt zur Reduktion von Au3+-Ionen zu neutralen Goldatomen. Mit zunehmender Menge dieser Goldatome wird die Lösung übersättigt, und immer mehr Goldpartikel in Subnanometergröße fallen aus.

Aufgrund ihrer sphärischen Struktur, ihres großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen und der ausgezeichneten Biokompatibilität werden Gold-Nanopartikel weithin für biomedizinische Anwendungen eingesetzt, u.a. in der auf elektrochemischen Sensoren basierenden Diagnostik oder für die Wirkstoffabgabe. Sie werden auch zum Nachweis von Biomarkern bei der Diagnose von Herzkrankheiten, Krebs und Infektionserregern eingesetzt. Gold-Nanopartikel werden häufig auch in Lateral-Flow-Immunoassays verwendet. Ein bekanntes Beispiel ist der handelsübliche Schwangerschaftstest. Zudem lassen sie sich aufgrund ihres großen Oberfläche-Volumen-Verhältnisses mit therapeutischen Wirkstoffen konjugieren. Bei Bestrahlung mit Licht zwischen 700 und 800 nm können Gold-Nanopartikel Wärme erzeugen. Aufgrund dieser Eigenschaft können sie bestimmte Tumorarten zerstören. Wird ein Tumor, in dessen Zellen Gold-Nanopartikel eingeschleust wurden, mit Licht bestrahlt, erwärmen die Partikel schnell und töten die Tumorzellen ab. Diese Behandlung wird als Hyperthermie-Behandlung bezeichnet.

Gold-Nanopartikel werden auch in der Dunkelfeldmikroskopie mit Resonanzstreuung zum Nachweis mikrobieller Zellen und ihrer Stoffwechselprodukte, beim Bio-Imaging von Tumorzellen und zur Erkennung von Rezeptoren auf deren Oberfläche eingesetzt. Auch bei der Untersuchung der Endozytose finden sie Anwendung. Darüber hinaus werden DNA-beschichtete Gold-Nanopartikel in Pflanzenzellen und -embryonen injiziert, um das Eindringen und die Veränderung des genetischen Materials zu gewährleisten und die Funktionalität der Pflanzen-Plastiden zu verbessern.

Gold-Nanopartikel werden als Katalysatoren bei einer Vielzahl von organischen Transformationen eingesetzt. Au-NP auf einem festen Trägermaterial können hochaktive Katalysatoren für die CO-Oxidation und heterogene Katalyse darstellen. Sie lassen sich für organische Reaktionen wie Oxidation/Reduktion und C-C-Kupplungsreaktionen einsetzen.

Gold-Nanostäbchen

Gold-Nanostäbchen (AuNR) mit ihrer stäbchenförmigen Struktur besitzen einzigartige optische Eigenschaften mit einer starken Absorptionsbande im sichtbaren Spektrum. Gold-Nanostäbchen lassen sich leicht auf verschiedene Wellenlängen zuschneiden und werden in der Biologie häufig für Sensoren, photothermische Therapien und Bildgebungsgeräte eingesetzt. Durch die Nutzung von größen- und formabhängigen Quanteneffekten weisen diese Nanopartikel ausgeprägte Eigenschaften in den Oberflächenplasmonen, der Resonanzabsorption, Streuung, Fluoreszenz und Photothermie auf, wodurch sie sich für verschiedene Anwendungen wie Katalyse, Chemosensorik, Biosensorik, Zellbildgebung und biologische Bildgebung, die zielgerichtete Wirkstoff- und Gen-Abgabe und die photothermische Therapie (PTT) eignen. Mit Fluoreszenzmarkern versehen, verstärken sie die Emission von Fluorophoren und werden zu dualen Nanosonden bei der kombinierten Wirkstoffabgabe unter biologischer Bildgebung.