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Dienstag, 17.10.2017
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"Löcher" als molekulare Reagenzgläser

Chemische Reaktionen in den Poren von neuen Einkristallen

Japanische Forscher haben eine komplexe Verbindung hergestellt, die zu einem robusten Netzwerk mit großen Poren kristallisiert. Übliche, auch sperrige Reagenzien können nun problemlos in diese Poren hinein wandern und sind ausreichend mobil, um mit eingebetteten Substraten zu reagieren.
Nanotechnologie

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Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten, fungieren die Poren dabei als eine Art kristallines molekulares Reagenzglas. Die Reaktionsprodukte können darin direkt röntenographisch untersucht werden.

Nur Einkristalle lassen sich so analysieren. Dabei wird die Streuung von Röntgenstrahlen zur Strukturaufklärung genutzt. Flüssigkeiten lassen sich dagegen auf diese Weise nicht untersuchen. Bei Festkörperreaktionen ist die Methode auf Reaktionen beschränkt, bei denen die strukturellen Änderungen nur sehr gering ausfallen. Sperrige Reagenzien kommen in einen gewöhnlichen, dicht gepackten Kristall gar nicht hinein, oft zerfallen die Kristalle auch während einer Reaktion.

Komplex aus Zinkionen und aromatischen Ringsystemen


Das Team um Makoto Fujita von der Universität Tokio entwickelte eine Komplexverbindung aus Zinkionen und aromatischen Ringsystemen, die zu einem porösen Feststoff kristallisiert. Die Verbindung ist so konstruiert, dass reaktive Atomgruppierungen, beispielsweise Aminogruppen, in den Hohlraum der Poren hineinragen. Eintunken in eine Lösung, die gängige Reagenzien enthält, bringt diese in Kontakt mit diesen eingebetteten Reaktionspartnern.


Dabei gelangen auch sperrige Moleküle in die großen Poren. So ließen die Forscher die Aminogruppen mit Essigsäureanhydrid oder Anilin reagieren. Die Reaktivität der eingesetzten Reagenzien und der Reaktionsverlauf sind dabei nicht anders als wenn sich die beiden Reaktionspartner in freier Lösung begegnen würden. Der Kristall verfärbte sich nach und nach, blieb aber trotz der Reaktion als intakter Kristall erhalten.

Porenwände nach Maß


Da das Endprodukt auch nach der Reaktion immer noch als Einkristall vorliegt, kann der Reaktionsverlauf mit röntgenkristallographischen Methoden verfolgt werden. Labile Reaktionsprodukte und Zwischenprodukte lassen sich auf diese Weise in situ herstellen und bestimmen. Die chemischen Reaktionen in den Poren können von den Wissenschaftlern aber auch genutzt werden, um die Porenwände gezielt zu modifizieren und beispielsweise mit freien Säuregruppen zu bestücken.
(idw - Gesellschaft Deutscher Chemiker, 03.09.2008 - DLO)
 
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