Chemiker stellen Variante der „Wunderfolie“ vor

Auf dem Titelbild des renommierten Wissenschaftsjournals „Chemical Communications“ (ChemComm) präsentieren Professor Dr. Dietmar Kuck von der Fakultät für Chemie und sein Mitarbeiter Ehsan Ullah Mughal ein Modell ihrer jüngsten Entwicklung.

Die Forscher arbeiten an Varianten der „Wunderfolie“ Graphen, dem dünnsten und stärksten Material, das je von Menschen hergestellt wurde. Ihnen ist es gelungen, eine neue Graphen-Verbindung herzustellen, die nicht flach, sondern dreidimensional ist. Das neue Molekül aus Bielefeld hat eine Wölbung, die bisher unbekannte Reaktionen ermöglichen soll. Das ChemComm-Titelbild zeigt eine Montage des gewölbten Moleküls über der Universität Bielefeld und dem Teutoburger Wald. Das Titelbild und der Artikel erscheinen am heutigen Freitag, 14. September.

Graphen nennt man Riesenmoleküle aus Kohlenstoff-Atomen, die ein flaches und praktisch unendlich großes Netz aus Sechsecken bilden. Es ist äußerst dünn, weil es nur die Höhe eines Kohlenstoffatoms hat. Von Graphen erwarten sich Forscher weltweit technisch revolutionierende Eigenschaften, weil es extrem zugfest ist und Strom und Wärme sehr gut leitet. 2010 ging für die Grundlagenforschung an Graphen ein Nobelpreis an die zwei Physiker Andre Geim und Konstantin Novoselov von der Universität Manchester.

Graphen ist – ebenso wie eine Bienenwabe – flach, weil es ausschließlich aus Sechsecken besteht. Bauelemente, die mehr oder weniger Ecken haben, würden das Graphen verformen – so dass das Netzwerk wie eine Kuppel oder ein Sattel aus der Fläche heraus gezwungen wird. Wenn man es schafft, ein Graphen-Netz zu bauen, das neben den sechseckigen Bausteinen auch solche mit fünf oder sieben Ecken enthält, dann erhält man ein Riesenmolekül mit einer oder mehreren Wölbungen. Dieses Wissen haben sich der Diplom-Chemiker Ehsan Ullah Mughal und Professor Dr. Dietmar Kuck zunutze gemacht. Mughal hat verschiedene kleine Kohlenstoff-Bausteine in fünf aufeinander folgenden Stufen miteinander reagieren lassen, so dass schließlich ein Graphen-Netz herauskam, das zum großen Teil flach ist, aber als Besonderheit eine Wölbung besitzt.
„Entscheidend ist dabei, dass es gelungen ist, weltweit zum ersten Mal ein Siebeneck aus Kohlenstoff-Atomen innerhalb eines Graphen-Moleküls zu erzeugen“, sagt Professor Dr. Dietmar Kuck, der die Experimente von Mughal geleitet hat. Eine unerlässliche „Zutat“ des Graphen-Moleküls ist ein Baustein, dessen Chemie Kuck und sein Team seit 1984 entwickeln. Dieses Molekül heißt „Tribenzotriquinacen“ und bringt gleich drei Fünfringe auf einmal ein. Mughal hat diesen Baustein mit einem flachen Graphen-Ausschnitt vereinigt, um so insgesamt ein Kohlenstoff-Netz mit der Wölbung herzustellen.

In dem neuartigen Bielefelder Graphenartigen Molekül bilden 58 Kohlenstoff-Atome insgesamt 15 Sechsecke, drei Fünfecke und ein Siebeneck. Weitere Kohlenwasserstoff-Reste hängen als Reste daran und sorgen für gute Löslichkeit.

Kuck sagt, die erfolgreiche Erzeugung des neuen Moleküls zeige Wege zu ähnlichen, noch größeren Strukturen, die Potenzial für neue Anwendungen in der Technik finden sollten. Solche Materialien könnten künftig zum Beispiel bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigen (LCDs) in Flachbildschirmen, Monitoren und Handys genutzt werden. „Die Entwicklung dieser neuartigen Moleküle ist bei uns aber Teil der Grundlagenforschung“, sagt Kuck. „Wir erforschen, ob und auf welchen Wegen ein experimenteller Zugang zu diesen neuartigen Materialien erreicht werden kann, und veröffentlichen die dazugehörigen Verfahren, so dass aufgrund unserer Ergebnisse weltweit auch andere Forscherinnen und Forscher zur Entwicklung von Technologien der Zukunft beitragen können.“
Das Graphen-Projekt von Kuck und Mughal wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. „Chemical Communications“ gehört zu den weltweit führenden Fachzeitschriften für Originalveröffentlichungen aus allen Gebieten der Chemischen Grundlagenforschung. Das Magazin wird von der Royal Society of Chemistry (RSC) in Großbritannien herausgegeben.

Originalveröffentlichung:
Merging tribenzotriquinacene with hexa-peri-hexabenzocoronene: a cycloheptatriene unit generated by Scholl reaction. Ehsan Ullah Mughal and Dietmar Kuck*, Chemical Communica-tions, 14.9.2012, dx.doi.org/10.1039/c2cc34245f

Kontakt:
Prof. Dr. Dietmar Kuck, Universität Bielefeld
Fakultät für Chemie / Organische Chemie I
Telefon: 0521 106-2060
E-Mail: dietmar.kuck@uni-bielefeld.de