18.10.2004

Spielzeug aus dem Molekülbaukasten

Ein Molekül, das wie ein Spielzeugkreisel aussieht, kann als Motor für Bauteile im Nanomaßstab dienen.


Spielzeug aus dem Molekülbaukasten

Ein Molekül, das wie ein Spielzeugkreisel aussieht, kann als Motor für Bauteile im Nanomaßstab dienen.


Eine der Herausforderungen an die moderne synthetische Chemie ist die Konstruktion rotierender molekularer Motoren. Sie dienen zum Antrieb von Strukturelementen, deren Größe sich in Nanometern messen lässt, also nur einige Millionstel Millimeter beträgt.

Ein Molekül, das diese Aufgaben erfüllen kann, besteht aus einer starren Befestigungseinheit und einem beweglichen rotierenden Teil. Durch Einwirkung von außen, zum Beispiel über ein elektrisches Wechselfeld, sollte eine Steuerung des Rotors möglich sein.

Chemiker aus Erlangen haben jetzt auf einem relativ einfachen Weg eine neuartige Verbindung hergestellt, die diesen Ansprüchen gerecht wird. Dabei ließen sie sich vom Aufbau eines klassischen Kinderspielzeugs inspirieren: des Brummkreisels. Wie bei diesem rotiert in ihrem molekularen Kreisel eine drehbare Achse in einem starren Gehäuse, das aus drei kreisförmigen Speichen besteht. Zwei Phosphoratome bilden die Befestigungspunkte der Achse. In ihrer Mitte befindet sich ein Eisenatom, das mit drei senkrecht zur Drehachse stehenden Carbonylgruppen (-CO) verknüpft ist. Sie stellen die Rotorblätter dar. An den Phosphor-Aufhängepunkten sind außerdem noch drei längere Kohlenwasserstoffketten befestigt. Ihre gegenüberligenden Enden werden jeweils miteinander verbunden, so dass die drei Ringe entstehen, die den starren Käfig um den Rotor herum bilden.


Diese Grundstruktur des Spielzeugkreisels lässt zahlreiche Variationen zu: Durch Änderung der Länge der Kohlenwasserstoffketten kann die Größe des Gerüstes an verschiedene Rotoren angepasst werden. Ersetzt man eines der drei Carbonyl-Rotorblätter durch einen Nitrosylrest (-NO) entsteht ein Dipolmoment, d. h. eine elektrische Asymmetrie. Der Rotor richtet sich dementsprechend im elektrischen Feld aus und wird dadurch von außen steuerbar. Entfernt man den Rotor komplett, so erhält man ringförmige Verbindungen, die sonst nur über sehr aufwändige Synthesen zugänglich sind.


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