WWU-Forscher untersuchen die Auswirkungen der Orientierung von Molekülen

Wissenschaftler aus der Organischen, Anorganischen und Theoretischen Chemie sowie aus Biochemie und Physik sind am münsterschen SFB 424 beteiligt. Die Forscher bearbeiten in 17 Teilprojekten neben den überwiegend experimentellen auch theoretische Fragestellungen. „Die Synthesechemiker stellen Verbindungen her. Die Physiker untersuchen, wie die Moleküle ausgerichtet sind, und die Theoretischen Chemiker entwickeln Modelle für ein vertieftes Verständnis“, erklärt SFB-Sprecher Prof. Dr. Dieter Hoppe, der ein wirkungsvolles Konzept für die „asymmetrische Synthese“ entwickelt hat. Bei dieser Art der Synthese werden nur die erwünschten Moleküle hergestellt, nicht aber die unerwünschten oder störenden „Spiegelbilder“. Eine solche Syntheseführung ist in der heutigen Wirkstoffforschung von zentraler Bedeutung.

Als Theoretische Chemiker simulieren Prof. Dr. Stefan Grimme und Prof. Dr. Ernst-Ulrich Würthwein Reaktionen am Computer. Prof. Würthwein erläutert: „Experimente sind häufig sehr aufwändig und teuer. Theoretiker können bereits sehr präzise Vorhersagen darüber treffen, wie einzelne Moleküle miteinander reagieren oder sich verändern.“ Die Praktiker können anhand der Vorhersagen ihre Experimente effizienter planen.

„Indem Molekülen eine feste Orientierung gegeben wird, kann man selektive Reaktionen, aber auch bestimmte Eigenschaften erzeugen“, erklärt Prof. Dr. Hartmut Redlich. „In der Natur gibt es dafür komplexe Enzyme. Wir Chemiker überlegen uns, wie auf einfachere Art Moleküle so strukturiert werden, dass sie in gewünschter Weise wechselwirken.“

Struktur und Anordnung einzelner Moleküle entscheiden über Qualität und Festigkeit eines Kunststoffs. Ihre Verknüpfungsreaktion wird durch Katalysatoren, die reaktive Metalle enthalten, gesteuert. Die Chemiker Prof. Dr. Gerhard Erker und Prof. Dr. Ekkehardt Hahn entwickeln neuartige Metallkomplexe mit stark orientierender, katalytischer Aktivität, wodurch Moleküle derart verknüpft werden, dass Kunststoffe mit verbesserten Eigenschaften entstehen.

Die Strukturierung von Oberflächen ist ein weiterer Schwerpunkt im SFB. „Solche zweidimensionalen Schichten verändern ihre Eigenschaften in ausgeprägter Weise, wenn sie fluorierte Gruppen in den Schichtmolekülen enthalten“, gibt Prof. Dr. Günter Haufe Einblick in eine Möglichkeit, die Struktur und Funktion von Oberflächen zu beeinflussen.

Biochemiker untersuchen das „Lungensurfactant“, das die Lungenbläschen im menschlichen Körper als wässrige Schicht überzieht und für den Gasaustausch beim Atmen nötig ist. Die Lipide und Proteine in dem Film erfahren beim Atmungsvorgang eine spezifische Orientierung. „Wir wollen ein künstliches Lungensurfactant herstellen und hoffen, damit eine verbesserte Therapie für zu früh geborene Kinder, denen der lebenswichtige Film noch fehlt, zu entwickeln“, so Prof. Dr. Hans-Joachim Galla, dessen Arbeitsgruppe eng mit Physikern um Prof. Dr. Harald Fuchs zusammenarbeitet.

Die Physiker machen die Moleküle in dem von den Chemikern erzeugten Film durch so genannte Nanosonden (Rasterkraft- bzw. Rastertunnelmikroskope) sichtbar. „Wir analysieren Moleküle im zweidimensionalen Raum, also die Molekülschichten auf Oberflächen und an Grenzflächen. Die zweidimensionale Welt ist von großer Bedeutung, sowohl in der Biologie als auch in der Technik bei Oberflächenbeschichtungen, wie sie für Regenbekleidung oder in Autokatalysatoren eingesetzt wird“, erklärt Prof. Fuchs.

Der SFB 424 wird Ende 2008 aufgelöst, da dann die maximal mögliche Förderungsdauer von zwölf Jahren durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ausgeschöpft ist. Die DFG hat den SFB 424 seit 1996 mit mehr als 14 Millionen Euro unterstützt; zusammen mit Landesmitteln standen den beteiligten Arbeitsgruppen rund 18 Millionen Euro zur Verfügung. Prof. Hoppe blickt in die Zukunft: „Wir sind durch den Erfolg des SFB 424 ermutigt und es gibt bereits Initiativen, einen neuen SFB auf die Beine zu stellen.“