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Zur Veröffentlichung ab 2. Mai 2000
Designer-Kristalle
Ausgeklügelte Schichtstrukturen mit dem Potenzial zur Stofftrennung
Poröse kristalline Strukuren, wie die natürlich vorkommenden Zeolithe, können in ihren Hohlräumen andere Moleküle als "Gäste" aufnehmen. So dienen sie als Speicher, Ionenaustauscher, Mikro-Reaktionskammern oder auch zur Trennung verschiedener Substanzen.
Verständlicherweise besteht großes Interesse, solche molekularen Gitterstrukturen gezielt zu synthetisieren und für bestimmte Aufgaben maßzuschneidern. Leider ist es meist nicht vorhersagbar, wie ein geeigneter "Gastgeber" konstruiert sein muss, um eine spezifische Aufgabe zu bewältigen. Ebenso wenig kann die Struktur entstehender gemeinsamer Gastgeber-Gast-Kristalle vorhergesagt werden.
Michael D. Ward und K. Travis Holman von der University of Minnesota haben nun entdeckt, dass eine neue Gastgeberspezies strukturelle Vorhersagen zulässt. Dieses Gitter besteht aus zweidimensionalen Schichten, die sich zu einer lamellenartigen Struktur zusammenlagern. Die einzelnen Lamellen werden durch Moleküle zusammengehalten, die man sich als eine Art Stützpfeiler vorstellen kann. Fuß und Kopf dieser "Säulen" sind in die gegenüberliegenden Schichten eingebettet. Der Mittelteil hält die Schichten auf einem bestimmten Abstand und erzeugt so poröse Gänge. Größe und Charakter dieser Hohlräume können über die Wahl der Säulen variiert werden. Verschiedenartige Gastmoleküle können so innerhalb des entsprechenden Gitters Platz finden. Die Lamellenstruktur ist relativ weich und kann wie eine Ziehharmonika Falten schlagen. Die Stützpfeiler sind frei drehbar, vergleichbar mit einem Drehkreuz. Durch diese Beweglichkeit kann sich das Gitter gut an verschieden große Gäste anpassen, und die Gastmoleküle können sehr dicht gepackt werden.
Interessant wird es, wenn man für die Mittelteile der Säulen eine analoge chemische Struktur auswählt wie für die Gastmoleküle. In diesem Fall ordnen sich Gäste und Säulen zu einem gemeinsamen Kristallgitter an, das in seinem Aufbau derjenigen Kristallstruktur entspricht, die die Gastmoleküle auch im Reinzustand einnehmen würden. Der "Gastgeber" ist flexibel genug, um sich an diese Struktur anzupassen.
"Im Falle sorgfältig entworfener Gitter, die eine Nachahmung der natürlichen Kristallstruktur ihrer Gastmoleküle zulassen, entstehen gemeinsame Kristalle mit einer vorhersagbaren Struktur. Spezifische Stofftrennungen sollten mit dieser Strategie sehr effizient durchgeführt werden können," hofft Ward.
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Kontakt:
Prof. Dr. M. D. Ward
Department of Chemical Engineering
and Materials Science
University of Minnesota
Minneapolis, MN 55455
USA
Fax: (+1) 612-626-7805
E-mail: wardx004@tc.umn.edu
Quelle: Angewandte Chemie 2000, 112 (9), 1719 - 1722
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry
transregional, national
Scientific Publications
German
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