News: Gestapelte Rosetten
Wie von selbst entsteht manche Nanokreation im Labor, ohne dass es Wissenschaftler vorausgeahnt hätten. Einmal mehr zeigte der Zufall nun seine Schöpferkraft.
© (Ausschnitt)
Winzige Strukturen wie nanoskopische Röhrchen sind als mögliche Bauteile für die Optoelektronik, "intelligente" Materialien oder Basis für neuartige Systeme zum Transport von Pharmawirkstoffen im Körper heiß begehrt. Dazu jedoch müssen solche Nanoröhrchen genau definierte Dimensionen und spezifische chemische Eigenschaften haben, was mitunter gar nicht so einfach zu realisieren ist.
Doch ab und an steht der Zufall bei einer Entdeckung Pate und zeigt einen vergleichsweise simplen Weg, wie ein bestimmte Struktur zu schaffen ist. So hat denn nun beispielsweise ein belgisch-niederländisches Team um Frans De Schryver von der Universität Löwen und Bert Meijer von der Technischen Universität Eindhoven einen Molekül-Typ synthetisiert, der per Selbstorganisation schrittweise zu langen Röhrchen aggregiert.
Als die Wissenschaftler ihre Moleküle, zwei so genannte Oligo-para-Phenylenvinylene (kurz OPV3 und OPV4 bezeichnet), synthetisierten, forschten sie eigentlich gar nicht mit dem Ziel, Nanoröhrchen zu erschaffen. Rastertunnelmikroskopische Aufnahmen brachten indes die Überraschung: Auf einen Graphitträger aufgetragen hatten sich die Moleküle zu hochgeordneten rosettenförmigen Strukturen zusammengeschart. In Lösung dagegen stapeln sich diese Rosetten zu langen Röhrchen. Aber warum?
Geheimnis der ungewöhnlichen Aggregate ist der spezielle Aufbau der Moleküle aus "Kopf", langgestrecktem "Rückgrat", seitlichen "Armen" und drei langen "Schwänzen". Je sechs solcher Moleküle stecken die Köpfe zusammen, wobei die gesellige Runde durch je zwei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nachbarköpfen zusammengehalten wird. Die Anordnung der Brücken zwingt die Köpfe jedoch in eine schräge Position, sodass die Rückgrate nicht strahlenförmig nach außen weisen, sondern leicht schräg gestellt eine Rosette bilden.
Zusammen mit Nachbarrosetten bildet sich so auf der Graphitunterlage eine hochgeordnete Struktur aus, wobei sich die Schwänze benachbarter Molkül-Kränzchen verschränken und so für festen Zusammenhalt sorgen.
Aufgrund ihrer Struktur können Rosetten wie Spiralen gegen oder im Uhrzeigersinn "gedreht" sein. Erstaunlicherweise drehen OPV3- und OPV4-Rosetten entgegengesetzt – und das, obwohl sie sich nur in der Länge ihres Rückgrates und der Anzahl der Arme (zwei beziehungsweise vier) unterscheiden. "Die Moleküle sind bestrebt, den zur Verfügung stehenden Raum möglichst intensiv auszunutzen – ohne dass sich dabei Molekülteile in die Quere kommen," erklärt Meijer. "Unsere OPVs sind nicht völlig spiegelsymmetrisch und die Rosetten-Drehrichtungen damit nicht gleichwertig. Welche bevorzugt wird, hängt von der konkreten Größe und Geometrie des betrachteten OPVs ab. Zudem spielen Wechselwirkungen mit der Graphitstruktur des Trägers eine Rolle."
Auch bei der Stapelung der Rosetten in der Lösung, die über Anziehungskräfte zwischen den flachen aromatischen Ringen der OPV-Rückgrate zusammengehalten werden, ist die Raumausnutzung optimal. So entstehen sehr dichte Röhrchen mit etwa einem Nanometer Innendurchmesser, die als Transportkanäle interessant sein könnten. Über eine Variation der OPVs sollten gezielt Röhrchen mit anderen Dimensionen und Eigenschaften zugänglich werden, vermuten die Wissenschaftler.
Doch ab und an steht der Zufall bei einer Entdeckung Pate und zeigt einen vergleichsweise simplen Weg, wie ein bestimmte Struktur zu schaffen ist. So hat denn nun beispielsweise ein belgisch-niederländisches Team um Frans De Schryver von der Universität Löwen und Bert Meijer von der Technischen Universität Eindhoven einen Molekül-Typ synthetisiert, der per Selbstorganisation schrittweise zu langen Röhrchen aggregiert.
Als die Wissenschaftler ihre Moleküle, zwei so genannte Oligo-para-Phenylenvinylene (kurz OPV3 und OPV4 bezeichnet), synthetisierten, forschten sie eigentlich gar nicht mit dem Ziel, Nanoröhrchen zu erschaffen. Rastertunnelmikroskopische Aufnahmen brachten indes die Überraschung: Auf einen Graphitträger aufgetragen hatten sich die Moleküle zu hochgeordneten rosettenförmigen Strukturen zusammengeschart. In Lösung dagegen stapeln sich diese Rosetten zu langen Röhrchen. Aber warum?
Geheimnis der ungewöhnlichen Aggregate ist der spezielle Aufbau der Moleküle aus "Kopf", langgestrecktem "Rückgrat", seitlichen "Armen" und drei langen "Schwänzen". Je sechs solcher Moleküle stecken die Köpfe zusammen, wobei die gesellige Runde durch je zwei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nachbarköpfen zusammengehalten wird. Die Anordnung der Brücken zwingt die Köpfe jedoch in eine schräge Position, sodass die Rückgrate nicht strahlenförmig nach außen weisen, sondern leicht schräg gestellt eine Rosette bilden.
Zusammen mit Nachbarrosetten bildet sich so auf der Graphitunterlage eine hochgeordnete Struktur aus, wobei sich die Schwänze benachbarter Molkül-Kränzchen verschränken und so für festen Zusammenhalt sorgen.
Aufgrund ihrer Struktur können Rosetten wie Spiralen gegen oder im Uhrzeigersinn "gedreht" sein. Erstaunlicherweise drehen OPV3- und OPV4-Rosetten entgegengesetzt – und das, obwohl sie sich nur in der Länge ihres Rückgrates und der Anzahl der Arme (zwei beziehungsweise vier) unterscheiden. "Die Moleküle sind bestrebt, den zur Verfügung stehenden Raum möglichst intensiv auszunutzen – ohne dass sich dabei Molekülteile in die Quere kommen," erklärt Meijer. "Unsere OPVs sind nicht völlig spiegelsymmetrisch und die Rosetten-Drehrichtungen damit nicht gleichwertig. Welche bevorzugt wird, hängt von der konkreten Größe und Geometrie des betrachteten OPVs ab. Zudem spielen Wechselwirkungen mit der Graphitstruktur des Trägers eine Rolle."
Auch bei der Stapelung der Rosetten in der Lösung, die über Anziehungskräfte zwischen den flachen aromatischen Ringen der OPV-Rückgrate zusammengehalten werden, ist die Raumausnutzung optimal. So entstehen sehr dichte Röhrchen mit etwa einem Nanometer Innendurchmesser, die als Transportkanäle interessant sein könnten. Über eine Variation der OPVs sollten gezielt Röhrchen mit anderen Dimensionen und Eigenschaften zugänglich werden, vermuten die Wissenschaftler.
© Angewandte Chemie
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