Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Herr der Ringe - chemische Zaubertricks

04.10.2004


Selektive Herstellung von Kreuzcatenanen - Paaren aus zwei verschiedenen ineinander greifenden molekularen Ringen


Gebannt schaut das Publikum auf die Bühne, wenn der Magier massiv scheinende Ringe wie Kettenglieder ineinander schiebt, wieder trennt, um sie dann erneut zu vereinen. Auch Chemiker beherrschen diesen Zaubertrick: Ein System aus zwei oder mehreren molekularen Ringen, die ineinander greifen, aber nicht über chemische Bindungen verbrückt sind, nennt man Catenan (von lat. catena = Kette).

Japanische Forscher um Makoto Fujita von der Universität Tokyo setzten zwei verschiedene zyklische Palladium-Komplexe als "magische Ringe" ein. Das Palladium-Atom kann man sich dabei jeweils als eine Art "Verschluss" vorstellen, der die zwei Enden eines langen Liganden zum Ring verbrückt. Komplex Nr. 1 ist ein einfacher flacher Ring. In Lösung bilden diese Ringe sofort Zweier-Catenane. Die zweite Variante trägt zusätzlich zwei kurze Seitenketten, die wie gegenüber liegende Stäbe vom Ring abstehen. Diese Ringsorte ist deutlich zurückhaltender, hier dauert es ganze vier bis fünf Stunden, bis sich alle Moleküle mit einem Partner vereinigt haben. Woher der Unterschied? Des Rätsels Lösung ist der Reaktionsweg: Damit zwei Ringe ineinandergreifen können, muss bei einem der Ringe der Verschluss aufgehen, dann fädelt er sich durch einen anderen Ring hindurch und geht wieder zu. Das Einfädeln ist bei den einfachen Ringen kein Problem und geht rasch. Beim anderen Ringtyp sind die Stäbe beim Fädeln sehr hinderlich - es geht nur langsam. Warum tun sie es dann überhaupt? Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Bestandteilen beider Ringe ist die Catenanform für die Moleküle energetisch wesentlich günstiger, als als Einzelringe in der Lösung zu dümpeln. Werden beide Ringsorten 1:1 vermischt, finden die Ringe ausschließlich und ohne zu zögern zu gemischten Doppeln zusammen (Kreuzcatenierung).


Warum? Bevor die trägen Ringe mit Stäbchen überhaupt anfangen, sich irgendwo einzufädeln, haben sich die wendigen glatten Ringe bereits mehrfach ein- und wieder ausgefädelt. Dabei spielt es für sie keine Rolle, ob sie einen gleich- oder einen andersartigen Partner erwischen. Aber nur im Fall der ausschließlichen Bildung von Kreuzcatenanen kann das Gesamtsystem rasch in den angestrebten energetisch günstigen Zustand, in dem alle Ringe gepaart sind, gelangen. Auf Dauer bewahrt allerdings nur ein Einfrieren alle Kreuzcatenane: Bei Raumtemperatur entstehen daraus nach und nach auch Paare aus je zwei gleichen Ringen. Nach etwa einer Woche herrscht ein Gleichgewicht zwischen den drei Catenansorten mit einer rein statistischen Verteilung von 2:1:1.

Die Bildung molekularer Überstrukturen in einem Selbstorganisationsprozess kann, wie die beschriebene Kreuzcatenierung zeigt, stark von den Geschwindigkeiten einzelner Reaktionsschritte abhängen - eine vielversprechende, bisher wenig genutzte Methode, um zu gewünschten Strukturen zu gelangen.

Kontakt:
Prof. Dr. M. Fujita
Department of Applied Chemistry
School of Engineering
The University of Tokyo
7-3-1 Hongo
Bunkyo-ku
Tokyo 113-8656
Japan
Tel.: (+81) 3-5841-7259
Fax: (+81) 3-5841-7257
E-mail: mfujita@appchem.t.u-tokyo.ac.jp

Angewandte Chemie Presseinformation Nr. 38/2004
Angew. Chem. 2004, 116 (38), 5126 - 5129
ANGEWANDTE CHEMIE
Postfach 101161
D-69451 Weinheim
Tel.: 06201/606 321
Fax: 06201/606 331
E-Mail: angewandte@wiley-vch.de

Dr. Renate Hoer | idw
Weitere Informationen:
http://www.angewandte.de
http://www.gdch.de
http://www.u-tokyo.ac.jp

Weitere Berichte zu: Kreuzcatenanen Kreuzcatenierung Molekül

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen
20.02.2017 | Universität zu Lübeck

nachricht Zellstoffwechsel begünstigt Tumorwachstum
20.02.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

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: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

Schwerstverletzungen verstehen und heilen

20.02.2017 | Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovative Antikörper für die Tumortherapie

20.02.2017 | Medizin Gesundheit

Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE

20.02.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen

20.02.2017 | Biowissenschaften Chemie