Nano-Wagenrad

Forscher synthetisieren Molekül in Form eines Wagenrads

Wie ein kleines Wagenrad sieht es aus: Rastertunnelmikroskopische Aufnahmen, veröffentlicht in der Zeitschrift Angewandte Chemie, zeigen Riesen-Moleküle mit einem Durchmesser von 7 nm, bei denen „Nabe“, „Speichen“ und „Radkranz“ deutlich zu erkennen sind. Schöpfer dieser außergewöhnlichen, hochsymmetrischen Struktur ist eine Arbeitsgruppe um Sigurd Höger (Uni Bonn), die Visualisierung gelang einem belgischen Team um Steven De Feyter (Kath. Univ. Leuven).

Zweidimensionale Partikel, wie beispielsweise anorganische Tonerde-Plättchen, werden unter anderem als Füllstoffe für Kunststoffe eingesetzt. Sie verleihen dem Material ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. So sind Nanokompositmaterialien aus Tonerde-Plättchen und Polymeren außergewöhnlich steife, feste und thermisch stabile Werkstoffe. Die Barriere-Eigenschaften gegenüber Flüssigkeiten und Gasen, etwa Sauerstoff, können durch Zugabe der nanoskopischen Plättchen zu Kunststoffen verbessert werden, was beispielsweise für Lebensmittelverpackungen interessant ist. Umweltfreundlichere, kostengünstigere Kunststoffe werden zugänglich.

Um die Wirkungsweise der kleinen Scheibchen besser zu verstehen, arbeiten einige Forscher mit künstlichen Tonerde-Plättchen Eine interessante Alternative stellen große organische Moleküle in Form steifer Scheiben dar. Ihr Vorteil: Sie lassen sich mit einer einheitlichen definierten Form und Größe herstellen. Die chemischen Eigenschaften lassen sich zudem gezielt einstellen, indem zusätzlich funktionelle Gruppen angeknüpft werden. Organische Molekül-Scheibchen ließen sich bisher allerdings noch nicht in der gleichen Größe wie ihre anorganischen Vorbilder herstellen. Das Team von den Universitäten Bonn und Leuven hat diese Hürde nun genommen: Es ist ihnen gelungen, sehr große radförmige Moleküle zu synthetisieren.

Ausgehend von einer starren, sternförmigen „Radnabe“ bauten die Forscher weitere starre Molekül-Bausteine in Form von sechs „Speichen“ an, zuletzt wurden die Molekülteile zu einem durchgehenden „Radkranz“ verknüpft. Als starre, lineare Bausteine dienten ihnen Moleküle, die aromatische Sechsringe sowie Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindungen enthalten. Zusätzlich an die Speichen geknüpfte Gruppen vermittelten die für die durchzuführenden Experimente notwendige Löslichkeit der Moleküle.

Im nächsten Schritt sollen die kleinen Räder nun nach und nach weiter vergrößert werden, indem weitere Bausteine an den Radkranz geknüpft werden. So sollen Scheibchen mit einer spinnennetzähnlichen Struktur entstehen.

Quelle: Angewandte Chemie

Weitere Infos:

• Sigurd Höger, Universität Bonn (Germany), http://www.chemie.uni-bonn.de/oc/ak_ho/

• Titel: Molecularly Defined Shape-Persistent 2D Oligomers: The Covalent-Template Approach to Molecular Spoked Wheels
  Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.200701614