Wissenschaftler haben ein neues, ungewöhnliches Riesenmolekül im Reagenzglas erzeugt, das 100 Wolfram- und 20 Cer-Atomen besitzt. Dieses so genannte Polyoxometallat erreicht mit einem maximalen Durchmesser von 4,2 Nanometern und einer Molmasse von 30 Kilodalton Dimensionen, die denen komplexer Biomoleküle und sogar einzelliger Lebewesen wie Bakterien gleichen. Über die Synthesebedingungen und die Struktur des Moleküls berichten die Forscher der Jacobs University Bremen in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Angewandte Chemie.
Polyoxometallate sind anionische Metall-Sauerstoff-Cluster mit großer Strukturvielfalt und chemischen Eigenschaften, die vor allem für Anwendungen in der Katalyse, aber auch in den Materialwissenschaften sowie der Bio- und Nanotechnologie interessant sind. Dem Chemieprofessor Ulrich Kortz und seinen Mitarbeitern gelang jetzt durch Kondensation in wässriger Lösung die Synthese eines zu dieser Substanzklasse gehörenden Wolframatogermanat aus den Vorstufen [alpha-Ge W9 O34]^10- und Cer(III)-Ionen.
Mit seinen insgesamt circa 600 Atomen, darunter 100 zu den Schwermetallen zählenden Wolfram-Atomen, ist die neue Verbindung das drittgrößte jemals in molekularer Form synthetisierte Polywolframat. Darüber hinaus enthält es die meisten Atome des zu den „Seltenen Erden“ zählenden Elements Cer, die bisher in ein solches Molekül eingebettet werden konnten.
Viele Anwendungsmöglichkeiten
„Unser neues ‚Riesen-Wolframat‘ weist in einem einzigen Molekül eine Vielzahl katalytisch aktiver Zentren und somit ein extrem hohes katalytisches Potential auf, wie dies in der Regel nur bei biologischen Katalysatormolekülen der Fall ist. Es ist jedoch viel temperatur- und sauerstoffstabiler und somit weniger empfindlich als Biokatalysatoren. Darüber hinaus ist es in kristalliner Form auch als so genannter heterogener Katalysator, das heißt als feste Substanz in einer flüssigen Phase, einsetzbar, was die Trennung von Reaktionsprodukt und Katalysator bedeutend erleichtert. Diese Eigenschaften prädestinieren unser Wolframatogermanat für den industriellen Einsatz“, kommentiert Kortz die Anwendungsperspektiven des neu kreierten Moleküls.
Molekulare Maschinen
„Unser Syntheseerfolg erlaubt uns außerdem sehr genaue Rückschlüsse über die Reaktionsmechanismen, die aus den vergleichsweise einfachen Vorstufen unter streng kontrollierten, aber einfachen Synthesebedingungen ein hochkomplexes Molekül mit interessanten funktionalen Eigenschaften entstehen ließen. Dies ist von großer Bedeutung für die Entwicklung anderer so genannter ‚molekularer Maschinen‘, also großer Moleküle, die durch gezieltes Design spezielle Funktionen erfüllen“, sagte Kortz weiter.
Die Klasse der Polyoxometallate sei neben verschiedenen magnetischen und lumineszenten Eigenschaften hier auch im medizinischen Bereich vielversprechend, etwa zur Bekämpfung von Virus-Infektionen durch Blockade des viralen Erbgutes, so der Jacobs-Chemiker abschließend.
(idw – Jacobs University Bremen, 09.08.2007 – DLO)
