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Der Naturstoffchemiker Phil Baran über Synthese als Kunst und warum er meint, dass Prüfungsergebnisse aus dem Studium nichts über die Fähigkeiten als Forscher aussagen.
Nachrichten aus der Chemie: Wann haben Sie bemerkt, dass organische Chemie für Sie wie Kunst ist?Phil Baran: Am Anfang meines Studiums. Als ich begann, im Labor zu arbeiten, stellte ich fest, dass Chemie das Einzige war, das ich zum Leben brauchte. Ich wollte nur noch Chemikalien zusammenmischen, Reaktionen starten, Stoffe herstellen. Ich hatte ständig das Gefühl, Unbekanntes zu erkunden.Nachrichten: Wie wählen Sie die Ziele Ihrer Synthesen?Baran: Zuerst waren es Strukturen, die mich interessiert haben. Dann trat nach und nach der Nutzen einer Synthese in den Vordergrund. In den 1990ern war es besonders wichtig zu zeigen, dass man ein wirklich kompliziertes Molekül herstellen kann. Später war es kein Ziel mehr, ein Molekül herzustellen, nur um zu zeigen, dass es geht. Heute müssen wir die beste Synthese finden, nicht die erste.<h2>Die Schrittökonomie</h2>Nachrichten: Was verstehen Sie unter der besten Synthese?Baran: Die ideale Synthese hat so wenige Schritte wie möglich. Keine Irrungen, keine Umwege, keine Zugeständnisse. Möglichst geradlinig von A nach B. Man braucht kein Hochschulstudium, um das zu erkennen. Bereits bevor wir damit begannen, gab es diese Konzepte von Schrittökonomie und Atomökonomie. Was fehlte war das Wissen, wie man dafür vorgeht. Also begannen wir, Regeln aufzustellen und sie anhand der Synthesen zu demonstrieren. Der Effekt auf die Studenten war unglaublich: Ich bekam Vorschläge für Synthesen, die anders waren, überhaupt nicht mehr wie aus den Neunzigern, vorausschauend, extrem kurz und oft ein wenig spekulativ.Nachrichten: Welche Fähigkeiten muss ein guter Synthesechemiker haben?Baran: Er braucht Hingabe, Leidenschaft, eine positive innere Einstellung, Optimismus, Demut.Nachrichten: Optimismus braucht jeder Wissenschaftler.Baran: Das stimmt. Speziell organische Chemiker brauchen den starken Wunsch, etwas zu erschaffen. Der Chemiker muss ein Erfinder sein. Das Problem mit einer einfach nur machbaren Synthese ist, dass man, wenn man sie planen möchte, viele Schritte braucht, Schutzgruppen einführen, abspalten, Oxidationen und Reduktionen, um möglichst hohe Sicherheit zu haben. Eine ideale Synthese erfordert aber waghalsige Strategien.Nachrichten: Das bedeutet auch, dass der Chemiker als Erfinder über gigantisches chemisches Wissen verfügen muss.Baran: Richtig. Es gibt noch einen Grund, warum ich organische Synthese aufregend finde: Es wird noch lange dauern, bis ein Roboter oder künstliche Intelligenz hier aufholen wird. Ein kreativer Kopf kann neue Syntheseschritte erfinden, ein Computer hält sich nur an die Regeln.<h2>Vom Sinn des Scheiterns</h2>Nachrichten: Wie gehen Sie damit um, wenn Ihre Mitarbeiter negative Ergebnisse erzielen, eine Synthese nicht funktioniert?Baran: Der Schlüssel ist, den Mitarbeitern zu vermitteln, negative Ergebnisse zu unterscheiden. Ein schlechtes negatives Ergebnis wäre, wenn ein Student zu mir kommt und sagt: „Es hat nicht funktioniert, und ich weiß nicht warum.“ Damit kann ich nichts anfangen. Wenn aber jemand berichtet, die Synthese hat nicht funktioniert, aber diese Verbindung ist dabei herausgekommen oder jenes ist dabei passiert, kann ich oft Vorschläge machen, was als nächstes zu tun ist. Diese Art Forschung ähnelt einer Detektivarbeit.Nachrichten: Also man muss herausfinden, was im schwarzen Rest im Kolben steckt.Baran: Genau. Und wenn Studenten genug gute negative Ergebnisse erzielen, können sie die ins Positive wandeln. Um ein erfolgreicher Organiker zu werden, braucht man erstmal jede Menge Misserfolge. Misserfolge bringen Erfahrung. Die besten organischen Chemiker sind oft gescheitert. Sie haben viele Reaktionen gesehen, viel ausprobiert, und am Ende gewinnen sie ein Gefühl für Reaktivität. Wie ein Spürhund kann man irgendwann Reaktivität riechen. Man schaut sich eine Struktur an, und weiß innerhalb einer Mikrosekunde, wie sie zu funktionalisieren und zu derivatisieren ist, ob es damit irgendwie weitergeht, ahnt, wie die Substanz reagiert.<h2>Die Aufgabe als Lehrer</h2>Nachrichten: Sie hatten berühmte Mentoren, wenn ich an K. C. Nicolaou oder Elias Corey denke. Was haben Sie von ihnen gelernt?Baran: Vor allem: Beide halten nicht viel von Ideen. Ideen kosten nichts. Es kommt darauf an, sie umzusetzen.Nachrichten: Wie beschreiben Sie Ihre Rolle als Lehrer?Baran: Ich bin die Schulter zum Ausweinen. Mein wichtigster Job ist, sicher zu stellen, dass meine Studenten ihre kostbare Zeit nicht verschwenden, die vier bis fünf Jahre ihres Lebens in meinem Labor. Ich habe die Erfahrung, um einzugreifen, wenn sie die falsche Richtung einschlagen. Früher hätte man wohl gesagt: Lass es sie selber herausfinden. Ich finde aber, es ist meine Aufgabe, sie vor Sackgassen zu bewahren. Als Folge promovieren die Studenten heute 20 Prozent schneller.Nachrichten: Wie suchen Sie Mitarbeiter für Ihr Labor aus?Baran: Jedes Jahr interviewen wir am Scripps Research Institute die Top-Studenten des ganzen Landes, die organische Chemie machen möchten. Ich habe dabei festgestellt, dass es keine starke Korrelation zwischen Prüfungsergebnissen und der Exzellenz als Forscher gibt. Denn Prüfungen bewerten nicht die Fähigkeiten, die ein junger Mensch braucht, um in organischer Chemie zu überleben.Nachrichten: Schauen Sie gar nicht auf die Noten?Baran: Doch, wir sind gehalten, auf die Prüfungsergebnisse zu schauen. Ich suche meine Doktoranden dann aber grundsätzlich danach aus, wie begeistert sie sind und ob sie wissen, was sie im Leben erreichen wollen. Die besten Studenten haben oft eine klare Vorstellung davon.<h2>Eine Oase für die Synthese</h2>Nachrichten aus der Chemie: War es einfach für Sie, begabte Mitarbeiter zu gewinnen, bevor Sie bekannt wurden?Baran: Bin ich das? Also das Scripps ist ein großartiger Ort, um zu forschen, eine Oase für organische Chemie – zumindest in den USA. Ich profitiere von dem guten Ruf des Scripps. Kein Forscher, der am Scripps jemals eine Arbeitsgruppe aufbauen wollte, hatte Schwierigkeiten, Mitarbeiter zu finden. Es ist eher umgekehrt: Ich selber muss frisch bleiben, um die guten Mitarbeiter zu halten. Es gibt am Scripps einen gewaltigen Selektionsdruck, unverbraucht und wissensdurstig zu bleiben.Nachrichten: Wie schaffen Sie das?Baran: Ich halte mich nie lange mit derselben Sache auf. Und alle unsere Projekte sind unterschiedlich. Im Labor laufen Forschungen von der Terpensynthese über Methodologie bis zu Alkaloiden, Peptiden, Nucleosiden und Elektrochemie. Ich kann mich nicht lange auf eines konzentrieren, einfach weil es so viel auf diesem Feld zu entdecken gibt. Ich mag Doktoranden nicht an Projekten arbeiten lassen, bei denen ich nicht jeden Morgen auf die Ergebnisse neugierig bin. Es muss so sein, dass ich aufwache und es nicht abwarten kann, endlich zu erfahren, was im Labor passiert.Nachrichten-Redakteurin Frauke Zbikowski traf Phil Baran im Frühjahr in Darmstadt. Mehr von Phil Baran gibt es im Videointerview des Online-Magazins Chemistry Views: <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://doi.org/10.1002/chemv.201700029" target="_blank">https://doi.org/10.1002/chemv.201700029</a></ext-link><figure><img src="https://media.graphcms.com/4gpMBSbaTxSDVNr62IGq"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Für ihn ist organische Synthese eine Leidenschaft: Phil Baran, Wissenschaftler am Scripps Research Institute, La Jolla, USA.</figcaption></figure>
<h2>Zur Person</h2>Phil Baran ist seit dem Jahr 2008 Professor für organische Chemie am Scripps Research Institute in La Jolla, Kalifornien, wo er an Naturstoffsynthesen arbeitet. In diesem Jahr hielt er in Darmstadt die Emanuel-Merck-Vorlesung. Die TU Darmstadt und Merck verleihen dieses Auszeichnung alle zwei Jahre.Baran, Jahrgang 1977, studierte Chemie an der Universität New York bis zum Bachelor-Abschluss 1997. Im Jahr 2001 schloss er seine Promotion am Scripps bei K. C. Nicolaou ab und ging als Post-Doc zu Elias J. Corey nach Harvard. Im Jahr 2003 wurde Baran Assistant Professor am Scripps, drei Jahre später erhielt er dort eine Tenure-Track-Position.Seine Publikationsliste umfasst über 100 Artikel, dazu kommen Patente und Preise, unter anderem Mukaiyama Award (2014), MacArthur Fellowship (2013) und Royal Society of Chemistry Synthetic Organic Chemistry Award (2013).

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"Reaktivität riechen wie ein Spürhund"

Der Naturstoffchemiker Phil Baran über Synthese als Kunst und warum er meint, dass Prüfungsergebnisse aus dem Studium nichts über die Fähigkeiten als Forscher aussagen. Nachrichten aus der Chemie: Wann haben Sie bemerkt, dass organische Chemie für Sie wie Kunst ist?Phil Baran: Am Anfang meines St...

Der österreichische Physiker Martin Deutsch studierte zunächst in Wien und dann am Massachusetts Institute of Technology. Mit dem von deutschen Kollegen entwickelten Szintillationsverfahren wies er das kleinste Atom nach, das Positronium, und bestimmte dessen Lebensdauer.
<h2>Deutsch und die Mottenkugeln</h2>Im Jahr 1946 wurde Martin Deutsch (Abbildung unten) Professor für Physik am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Kernreaktionen waren schon das Thema seiner Promotion gewesen, und so untersuchte er am MIT zunächst mit experimenteller Kernspektroskopie die Zerfallsschemata radioaktiver Kerne. In dieser Zeit übergab ihm ein Ordinarius für Chemie, der im Auftrag des alliierten Kontrollrats in Deutschland tätig war, ein Dokument über Arbeiten des deutschen Physikers Hartmut Kallmann. Deutsch sollte dessen Forschungsergebnisse prüfen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/UmYqI7UERtizSIDWwBcq"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Der in Österreich geborene Physiker Martin Deutsch, hier in einem Labor. <named-content>mit freundlicher Genehmigung vom MIT Museum</named-content></figcaption></figure>
Kallmann hatte an der Universität in Berlin-Charlottenburg mit seinen Doktoranden Broser und Herforth eine neue Methode entdeckt, Kernstrahlung mit Naphthalin und anderen fluoreszierenden Aromaten zu messen. Bei der Absorption der Kernstrahlung in den Aromaten entsteht Licht, das ein Photoelektronenvervielfacher, wie er bereits bei Fernsehaufnahmen eingesetzt wurde, in elektrische Signale verwandelt und gleichzeitig verstärkt. Kallmann hatte über dieses Szintillationsverfahren auf dem Institutskolloquium vorgetragen, worüber ein Redakteur einer populärwissenschaftlichen Zeitschrift berichtete.2) Bis dahin hatte man Geiger-Müller-Zählrohre verwendet, die auch Teilchen nachweisen – allerdings wesentlich langsamer als die Szintillationsdetektoren (Abbildung rechts oben).<figure><img src="https://media.graphcms.com/CuRMjxR9QZnmJAX52Zcg"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Aufbau einer Photonenvervielfacherröhre. Bei einem Szintillationsdetektor ist ein Pulshöhenanalysator angeschlossen.<named-content> C. Eberhardt/Wikimedia Commons</named-content></figcaption></figure>
Deutsch ging sofort in eine Drogerie und kaufte dort Mottenkugeln aus Naphthalin. Anschließend wiederholte er Kallmanns Experiment in seinem Labor. Das Ergebnis hielt Deutsch für so bedeutsam, dass er seinen Kollegen umgehend davon berichten wollte – gleichzeitig wollte er aber sichern, dass Kallmann und nicht er als Entdecker der organischen Szintillatoren in die Literatur einginge. Deshalb schickte Deutsch seine Ergebnisse als internen Laborbericht zusammen mit Kallmanns Mitteilung aus Berlin an seine Kollegen und berichtete auf Vorträgen darüber.3)Daraufhin testete der US-amerikanische Physiker Robert Hofstadter, der die Fluoreszenz dotierter Alkalihalogenide untersuchte, umgehend Kaliumiodid- und Natriumiodidkristalle als Szintillatoren. Letztere waren, wie von ihm erwartet, sehr gut für Gammastrahlen geeignet.4) Die daraus angefertigten Detektoren mit Szintillationskristallen und Photovervielfachern erlaubten Deutsch, die verzögerten Gammastrahlemissionen beim Zerfall radioaktiver Atomkerne zu messen.<h2>Vom Positron zum Positronium</h2>Carl David Anderson, ebenfalls ein US-amerikanischer Physiker, hatte das von Paul Dirac vermutete Positron in der Höhenstrahlung entdeckt und im Jahr 1932 die Existenz eines Atoms vorausgesagt, das aus einem Positron und einem Elektron bestehen müsse. Das Positron verändert sich im Vakuum nicht. Sobald es auf Materie trifft, reagiert es mit einem Elektron und aus den positiven und negativen Elektronen entstehen zwei oder drei Gammaquanten. Als Zwischenstufe musste eine Spezies aus einem negativen und einen positiven Elektron existieren. Dieses wies Martin Deutsch 1951 experimentell nach: Positronium, das leichteste Atom.5)Dazu positionierte er einen NaI-Szintillationsdetektor außerhalb einer stickstoffgefüllten Kammer und befestigte eine 24Na-Quelle sowie einen weiteren, von der Quelle abgeschirmten Detektor ebenfalls in der Kammer. 24Na emittiert ein Positron und ein Gammaquant von 1,27 MeV. Zunächst wird das Positron durch Kollisionen mit Stickstoffatomen gebremst, dann vereinigt es sich mit einem Elektron, und beide zerfallen zu zwei Gammaquanten von je 511 keV. Eins dieser Quanten trifft auf den Detektor in der Kammer. Ein elektronischer Zeitmesser startete, sobald ein 1,27-MeV-Gammaquant vom äußeren Detektor registriert wurde, und stoppte, wenn der innere Detektor ein 511-keV-Gammaquant registrierte. Das gemessene Zeitintervall entspricht der Lebensdauer des Positroniums. Diese Zeitmessungen waren nur mit den Szintillationsdetektoren möglich, die auf Hofstadters Ergebnissen basierten, und waren mit den bisher verwendeten Zählrohren undenkbar gewesen.Das Orthopositronium mit gleichgerichtetem Spin von Elektron und Positron zerfällt mit einer mittleren Lebensdauer von 0,125 ns in zwei Photonen von 511 keV, die im Raumwinkel von 180° entweichen. Das Parapositronium mit entgegen gesetztem Spin hat eine Lebensdauer von 142 ns und zerfällt in drei Photonen.6)<h2>Borexino-Experiment</h2>Nach dem Positronium beschäftigte Deutsch sich mit Hochenergiephysik und leitete Experimente am Cambridge Electron Accelator Consortium mit Gigaelektronenvoltelektronen und -photonen. Wichtigere Ergebnisse lieferte der leistungsfähigere High-Energy Linear Accelerator im Stanford Linear Accelerator Center, wo auch die Quarks entdeckt wurden. Nach administrativen Tätigkeiten und Lehre am MIT ging Deutsch in den Ruhestand.In seinen letzten Jahren war Deutsch maßgeblich am Borexino-Experiment im Gran-Sasso-Tunnel in Italien beteiligt. Dessen Ziel ist, die Neutrinos zu messen, die radioaktive Kerne in der Sonne emittieren. Die Neutrinos werden gleichzeitig mit Betastrahlen ausgesandt und wechselwirken nur äußerst selten mit Materie, sodass sie extrem schwer nachweisbar sind. Als Detektormaterial dienen mehrere Tonnen eines flüssigen Szintillators, den Kallmann und seine Mitarbeiter entdeckt haben. Um die trotz der großen Tiefe noch vorhandenen Myonen zu unterdrücken, die von kosmischer Strahlung stammen, konzipierte Martin Deutsch entsprechende Messanordnungen.7) Kurz vor einer erneuten Reise nach Italien starb er am 16. August 2002 in seinem Haus.Francis Low, sein Nachfolger im MIT-Laboratorium für Kernforschung, sagte, dass Deutsch viel über Wissenschaft sowie soziale und politische Probleme wusste und stets seine Meinung kundtat. Zwei seiner Schüler, Henry Kendall und Samuel Ting, erhielten den Nobelpreis für Physik. Deutsch war für die Entdeckung des Positroniums für einen Nobelpreis nominiert worden, erhielt ihn aber nicht. Er schrieb, dass er darüber auch froh gewesen sei, denn er fürchtete, dass der Nobelpreis sein Leben ruiniert hätte.8) Seine Frau Suzanne Z. Deutsch sagte über ihn, „dass es nichts in seinem Leben gab, was er nicht zu verstehen wünschte. Verstehen und Unterrichten waren seine Markenzeichen.“<h2>Martin Deutsch, Kernphysiker aus Wien</h2>Helene Deutsch, die letzte Schülerin von Sigmund Freud und Professorin für Psychiatrie, und ihr Mann, Freuds Arzt in Wien, bekamen am 29. Januar 1917 einen Sohn: Martin Deutsch.Der gebürtige Wiener floh im Jahr 1934 nach Zürich, da er sich am Widerstand gegen den nationalsozialistischen Umsturzversuch beteiligt hatte. Dort ging er zunächst weiter zur Schule und begann dann an der Eidgenössischen Technischen Hochschule sein Physikstudium. Im Jahr 1935 begleitete er seine Mutter bei einer Dienstreise ins US-amerikanische Cambridge und überredete sie, wegen des wachsenden Antisemitismus nicht nach Österreich zurückzukehren. Daraufhin zog die Familie nach Cambridge, wo Deutsch am Massachusetts Institute of Technology sein Studium fortsetzte.Im Jahr 1941 promovierte er mit einer Arbeit über Kernreaktionen, die er mit einem von ihm erfundenen Betaspektrometer untersucht hatte. Das Spektrometer wurde danach in mehreren Laboratorien nachgebaut. Nach dem Anschluss Österreichs ans Deutsche Reich war Deutsch seit 1938 deutscher Staatsbürger, weswegen er erst ab 1943 im Rahmen des Manhattan-Projekts an Kernspaltung und der Konstruktion von Atombomben forschen durfte, und zwar in Los Alamos bei Emillio Segre und Victor Weisskopf.<h2>Positronen in der Forschung</h2>Bei Materialuntersuchungen werden Defekte, die eine geringe Elektronendichte haben, durch eine längere Lebensdauer der Positronen nachgewiesen. Große medizinische Bedeutung hat die Positronenemissionstomographie (PET). Dabei wird dem Patienten ein positronstrahlendes Nuklid injiziert und die Nuklidverteilung im Organismus als dreidimensionales Bild dargestellt. Dazu werden Detektoren ringförmig um den Patienten angeordnet, welche die Gammaquanten von 511 keV registrieren, die beim Positroniumzerfall im Winkel von 180° emittieren. Der Patient wird in kleinen Schritten durch den Ring bewegt. PET macht besonders Stoffwechselvorgänge im Körper sichtbar; Tumore und gesundes Gewebe liefern unterschiedliche Bilder.<h2>Vitakasten</h2>Siegfried Niese, Jahrgang 1932, studierte an der Universität Leipzig Chemie. Zwischen 1956 und 1991 war er am Zentralinstitut für Kernforschung und danach bis 1997 beim Verein Strahlenschutz, Analytik und Entsorgung Rossendorf (VKTA)<div><img src="https://media.graphcms.com/fkyxEexESnu1dXkTyimL">

</div>tätig. Er promovierte im Jahr 1959 in Leipzig über die Extraktion von Thorium und im Jahr 1972 an der TU Dresden über die Analytik von Halbleitermaterialien. Im Jahr 1980 ernannte ihn die Akademie der Wissenschaften der DDR zum Professor. Seit er im Ruhestand ist, beschäftigt er sich mit der Geschichte der Chemie und der Radioaktivität.
<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 Lee Grodzins, „Martin Deutsch 1917 – 2002 A Biographical Memoir“ National Academy of Sciences, Washington, D. C. 2009</li><li>
2 Werner Bloch, „Kann man Elektronen sehen“, Natur und Technik 1947, 13, 15–17</li><li>
3 E-Mail von M. Deutsch an S. Niese, 30. 03. 2000, zitiert in: Siegfried Niese, „Mottenkugeln zum Nachweis der Kernstrahlung: Hartmut Kallmann (1896–1978) und die organischen Szintillatoren“, Mitt. Fachgr. Geschichte d. Chemie d. GDCh 2009, 20, 116–136</li><li>
4 Robert Hofstadter, „The Detection of Gamma-Rays with Tallium-Activated Sodium Iodide Crystals” Phys. Rev. 1949, 75, 796</li><li>
5 Martin Deutsch, „Evidence for the formation of positronium in gases” Phys. Rev. 1951, 82, 455–456</li><li>
6 Martin Deutsch, „Three-quantum decay of positronium”, Phys. Rev. 1951, 82, 866–867</li><li>
7 Martin Deutsch, C. Galbiati, C. Lendvai et al., „The Borexino muon detector and muon induced backgrounds“, AIP Conf. Proc. 2002, 610, 973</li><li>
8 Anonym, „Martin Deutsch, MIT physicist who dicovered positronium, dies at 85“ MIT News, 20.8.2002</li></ul>

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