Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Angezweifelte Molekülstruktur geklärt

05.07.2013
Ein Kreuz mit einer winzigen Kugel in der Mitte und vier ausgebreiteten Armen: So wird, stark vereinfacht, ein Kohlenstoffatom dargestellt.

Zu Beginn des Chemieunterrichts lernen Schüler an diesem Modell, dass jedes derartige Atom höchstens vier Bindungen eingehen kann. Für die bekannten klassischen Teilchen gibt es daran keinen Zweifel. Schon seit langem wird jedoch über besonders reaktionsfreudige Kohlenstoff-Verbindungen mit einer sogenannten nichtklassischen Struktur diskutiert, die über fünffache oder sogar darüber hinausreichende Bindungskapazitäten verfügen.


Nahaufname des Einkristalldiffraktometers. Der untersuchte Kristall befindet sich geschützt unter der Düse in der Mitte des Aufbaus. Bei Temperaturen von -233°C friert die in der Umgebungsluft enhaltene Feuchtigkeit aus und bildet Vereisungen (erkennbar als weißer Dunstschleier und am gebildeten „Eisbart“).


Foto: Frank Heinemann

Im Röntgenlabor des Lehrstuhls für Anorganische und Allgemeine Chemie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist nun die Kristallstrukturanalyse des Prototyps eines solchen sogenannten nichtklassischen Carbokations gelungen. Am Freitag, den 5. Juli 2013, veröffentlicht die Zeitschrift „Science“ dieses für die organische Physikochemie bahnbrechende Ergebnis.1)

Das organische Molekül mit der unter Chemikern geläufigen Bezeichnung 2-Norbornyl-Kation hatte in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts eine erbitterte Debatte über dessen Struktur ausgelöst. Führende Wissenschaftler wie George A. Olah und Herbert C. Brown, beide US-amerikanische Chemiker und Nobelpreisträger für Chemie (Brown, 1979 und Olah, 1994), stritten öffentlich und sehr heftig darüber, ob sogenannte nichtklassische Ionen mit symmetrischer Struktur darzustellen seien. Auch Paul von Ragué Schleyer, bis 1998 Ordinarius für Organische Chemie an der FAU, griff auf der Seite der Befürworter einer nichtklassischen Formulierung in die Diskussion ein.

Bei den umstrittenen 2-Norbornyl-Molekülen handelt es sich um Ionen mit positiver elektrischer Ladung (Kationen). Für eine nichtklassische Struktur solcher Kationen sprach ihre überraschend hohe Bereitschaft, chemische Verbindungen einzugehen. Allerdings gelang es nicht, die notwendige Symmetrie des Moleküls endgültig nachzuweisen. Zwar konnten im Lauf der Jahre zahlreiche Belege für eine symmetrische nichtklassische Struktur gesammelt werden, ein unwiderlegbarer Beweis für diese Struktur stand jedoch bislang aus.

Grundlagenforscher der Universität Freiburg, der University of Georgia und der FAU haben jetzt die bisherigen Hindernisse überwunden und die kristalline Struktur bestimmt. Die Freiburger Chemiker um Ingo Krossing konnten geeignete Kristalle eines 2-Norbornyl-Salzes herstellen, das sie mit spektroskopischen und theoretischen Methoden untersuchten. Bei der anschließenden Röntgenkristall-Strukturanalyse im Labor von Karsten Meyer, Inhaber des Erlanger Lehrstuhls für Anorganische und Allgemeine Chemie, waren zahlreiche Schwierigkeiten zu überwinden. Als stabil erwiesen sich die Kristalle nur bei tiefen Temperaturen. Oberhalb von –60 °C waren sie dagegen hochempfindlich und durch Luft sowie Feuchtigkeit extrem leicht angreifbar. Diese Empfindlichkeit von 2-Norbornyl-Systemen steht im Zusammenhang mit einer dem Molekül innewohnenden Dynamik und stand einem Erfolg zahlreicher früherer Versuche zur Strukturbestimmung vermutlich im Weg.

In wohlgeordneter Form traten die Moleküle erst bei Minusgraden auf, wie sie durch Stickstoffkühlung, die heute in den meisten Röntgenlaboratorien üblich ist, nicht erreicht werden kann. Ab –187 °C begann der Prozess der Stabilisierung. Das heliumgekühlte Einkristalldiffraktometer im Erlanger Labor ermöglichte es, Röntgendaten an mehreren Kristallen bei –233°C zu messen, 40 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Diese Ergebnisse konnten mehrfach reproduziert werden.

Der Nobelpreisträger Herbert Brown hat im Gegensatz zu seinem Kontrahenten George Olah die Lösung ihrer Auseinandersetzung nicht mehr erlebt. In den Chemielehrbüchern der Zukunft jedoch wird ein bisher offenes Kapitel abgeschlossen sein.

1) doi: 10.1126/science.1238849

Informationen für die Medien:

Prof. Dr. Karsten Meyer
Tel.: 09131/85-27360
karsten.meyer@fau.de
Dr. Frank W. Heinemann
Tel.: 09131/85-27383
frank.heinemann@fau.de

Blandina Mangelkramer | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-erlangen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsdiagnostik: Pinkeln statt Piksen?
25.05.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie
25.05.2018 | Technische Universität Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics