25.05.2011

Universität Leipzig

Chemiker entdecken neue Bindung in Molekülen

Chemiker der Universität Leipzig haben im "Internationalen Jahr der Chemie 2011" eine ungewöhnliche Bindung in Molekülen entdeckt, die dadurch Bausteine für bisher unbekannte Stoffe mit neuen Eigenschaften sein könnten. Die Bindung, die in der Gruppe von Prof. Dr. Evamarie Hey-Hawkins und Prof. Dr. Barbara Kirchner erforscht wurde, wird in der Fachwelt als außergewöhnlich bewertet, weil sie zwischen Atomen aus der 15. Gruppe des Periodensystems in Molekülen stattfindet. Zwischen diesen würde man eigentlich eher eine große Abstoßung erwarten, wie die monatlich erscheinende Nachrichten-Zeitschrift "Chemistry World" schreibt.

In mehreren Beispielen fanden aber die Chemiker Stefan Zahn und René Frank im Rahmen der Graduiertenschule BuildMoNa einen sogenannten Pnikogenen (benannt nach der Gruppe von Atomen) Linker, der gleiche und verschiedene Moleküle mit solchen Atomen (Phosphor, Arsen, Antimon) zusammenschweißt.

Den Nachweis, dass es sich hierbei wirklich um eine anziehende Wechselwirkung ausgehend von diesen Atomen handelt, erbrachten die Forscher auf mehrere Arten, wie sie in ihrer Publikation im renommierten Fachblatt "Chemistry A European Journal" am 23. Mai 2011 beschrieben. Unter anderem wurde in Rechnungen gefunden, dass das negative freie Elektronenpaar am Atom, das eigentlich für Abstoßung sorgen sollte, von einem positiven Gürtel umgeben ist, wodurch eine attraktive Wechselwirkung zwischen zwei freien Elektronenpaaren entstehen kann. Sollte es gelingen, diese Bindung noch weiter zu charakterisieren und zu dirigieren, dann steht der Synthese von neuen Werkstoffen nichts im Wege.

Die jetzt entdeckte, ungewöhnliche Bindung liegt in der Größenordnung einer Wasserstoffbrücke. Wasserstoffbrücken sind die Bindungen, die zwischen Wassermolekülen herrschen und für viele der ungewöhnlichen Eigenschaften von Wasser verantwortlich sind. Die Bindungen spielen auch in der Biologie eine große Rolle. Weiterhin werden solche Bindungen beim Aufbau von supramolekularen Strukturen wie den molekularen Maschinen (Umwandlung von Energien auf molekularer Ebene) in der Natur sowie im Labor beobachtet. Durch solche interessanten und sehr flexiblen Verknüpfungsmöglichkeiten lassen sich wichtige Materialien beziehungsweise Werkstoffe aufbauen.

Durch das grundlegende Verständnis der Eigenschaften kann man Materialien auswählen oder konstruieren, die eine Vielfalt von Anwendungen finden können. Das reicht von strukturiertem Stahl bis zum Computerchip. Materialwissenschaft umgrenzt deswegen viele Felder aus den Ingenieurswissenschaften wie Elektronik, Telekommunikation, Informationsverarbeitung, Atomkraft, Energieumwandlung und anderes.

Das von der UN-Generalversammlung ausgerufene "Internationale Jahr der Chemie 2011" steht unter dem Motto "Chemie - unser Leben, unsere Zukunft". Es wird weltweit federführend betreut von der UNESCO, der Organisation der Vereinten Nationen für Bildung, Wissenschaft, Kultur und Kommunikation, und die "Internationale Union für reine und angewandte Chemie" (IUPAC).

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