Chemiker verkleben Farbstoffe mit Hilfe von Metallen

Als Choreographen für Moleküle betätigen sich Würzburger Chemiker: Sie wollen Farbstoffe so verändern, dass diese sich von alleine zu langen Ketten anordnen. Auf diese Weise entstehen möglicherweise technologisch interessante Materialien, die zum Beispiel für den Einsatz in Solarzellen geeignet sein könnten.

Rein theoretisch sollten die perlschnurartig aufgereihten Farbstoffmoleküle dazu in der Lage sein, Licht zu absorbieren und die dadurch aufgenommene Energie entlang der Kette weiterzuleiten. Falls das in der Praxis funktioniert, könnte man die Farbstoffketten zum Beispiel so anordnen, dass sie die gesammelte Lichtenergie auf einen Punkt bündeln, wie Diplom-Chemiker Rainer Dobrawa erklärt. Aber vorerst bleibt all das Spekulation, denn zunächst einmal müssen die Chemiker die Grundlagen erforschen.

Das Prinzip des Lichtkollektors haben die Wissenschaftler von der Natur abgeschaut: In Pflanzen und Bakterien sorgen komplizierte Farbstoffgebilde dafür, dass bei der Photosynthese Sonnenenergie aufgenommen, weitergeleitet und schließlich in chemische Energie umgewandelt wird. Auch diese natürlich vorkommenden Farbstoffe lagern sich von alleine zusammen – die Forscher sprechen von einem Selbstorganisationsprozess.

Dieser Vorgang wird am Lehrstuhl für Organische Chemie II unter der Leitung von Prof. Dr. Frank Würthner auf synthetisch hergestellte Farbstoffe übertragen. Häufig kommen hierfür so genannte Perylenfarbstoffe zum Einsatz: Sie zeichnen sich durch brillante Farben aus, sind sehr lichtecht und fluoreszieren intensiv. In der Industrie werden sie beispielsweise in Autolacken verwendet.

Die Würzburger Forscher arbeiten daran, Struktur und Eigenschaften der Perylenfarbstoffe durch chemische Modifikationen vielfältig zu verändern. So befassen sich mehrere Projekte von Prof. Würthner damit, die Farbstoffe mit Rezeptoren auszustatten, welche die Art der Selbstorganisation und somit auch die resultierenden Strukturen steuern. „Auf diese Weise haben wir bereits Perylenfarbstoffe hergestellt, die sich nach der Zugabe bestimmter Metallionen in Vierergruppen zu Quadraten anordnen“, so Dobrawa.

In einem neuen Projekt, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird, soll den Farbstoffen nun beigebracht werden, lange Kettenmoleküle zu bilden, so genannte Polymere. Auch in diesem Fall dienen Metallionen als „Klebstoff“ zwischen den einzelnen Einheiten. Je nachdem, welchen Perylenfarbstoff und welche Metalle die Chemiker verwenden, ergeben sich für die Strukturbildung der Polymere unterschiedliche Möglichkeiten, die im Projekt eingehend untersucht werden.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Frank Würthner
Tel. 0931 – 888-5340, Fax -4756
E-Mail: wuerthner@chemie.uni-wuerzburg.de