Geliermittel für die Katalyse?

Neue Perspektiven für die Katalyse:

Niedermolekularer metallorganischer Gelbildner

Gele begegnen uns täglich: Auf dem Teller als Himbeergelee, Wackelpudding oder Aspik, im Badezimmer als Duschgel, Bodylotion oder kühlendes Sonnenbrand-Gel. Die Gelform garantiert, dass Kosmetika und Pharmaka leicht aus Tube oder Flasche fließen, auf der Handfläche aber viskos sind und sich möglichst „verlustfrei“ einreiben lassen. Aber Gele werden auch in der Technik eingesetzt. Ein deutsch-niederländisches Forscherteam hat nun eine metallorganische Komplexverbindung als neuartigen Gelbildner entwickelt, der organische Lösungsmittel in Gele verwandelt und eine neue Perspektive für Katalysatoren verspricht.

Was ist ein Gel? Gele sehen aus wie eine feste Flüssigkeit. Das ist ein Widerspruch in sich, trifft aber den Nagel auf den Kopf: Damit ein Gel entsteht, muss die Flüssigkeit einen Gelbildner enthalten, dessen Moleküle zu einem kontinuierlichen dreidimensionalen Netzwerk aggregieren. Dieses Netz hält die Flüssigkeit zusammen und hindert sie am Fließen. Chemisch gesehen können Gele aus völlig unterschiedlichen Systemen bestehen. Die Gelbildner der Küche sind z.B. Gelatine, ein Polypeptid, und Gelierzucker, eine langkettige Verbindung aus Zuckerbausteinen. In der Technik arbeitet man mit Kieselgelen oder Polymeren. In den letzten Jahren stieg das Interesse an einer anderen Art von Gelbildnern, die aus kleinen organischen Molekülen bestehen. Im Gegensatz zu den „Klassikern“ bilden diese niedermolekularen Geliermittel Netzwerke, die nicht durch „normale“ starke kovalente Bindungen, sondern nur durch schwache Anziehungskräfte zwischen den Molekülen zusammen gehalten werden. Ein solches Gelsystem kann sehr leicht wieder in eine Flüssigkeit rückverwandelt werden.

Der niedermolekulare Gelbildner des Teams um Karl Heinz Dötz von der Universität Bonn und Roeland Nolte von der Universität Nijmegen ist auf organische Lösungsmittel zugeschnitten. Leichtes Erwärmen und Abkühlen reichen dann aus, um aus dem Lösungsmittel bei Raumtemperatur ein stabiles Gel zu machen, das beim Erwärmen wieder zerfließt. Der Gelbildner besteht aus einer zuckerartigen Kopfgruppe und einem Kohlenwasserstoff-Schwanz. Das Besondere aber steckt in seinem „Hals“: Eine grundsätzlich katalytisch wirksame metallorganische Funktion – im vorliegenden Fall ein fest an ein Kohlenstoffatom gebundenes Fragment eines Chrom-Komplexes. „Die katalyserelevante Gruppe ist von einem Käfig aus Lösungsmittel-Molekülen umgeben, der durch das Gelnetzwerk aufgebaut und stabilisiert wird,“ erklärt Dötz. „So lassen sich die Vorteile eines festen und eines gelösten Katalysators vereinen.“ Da der Zuckerkopf des Gelbildners chirale Zentren enthält, ließen sich vielleicht sogar chirale Gele aufbauen, z.B. durch rechts oder links herum gewundene spiralige Fasern des Gelnetzwerks -interessante Perspektiven für Materialeigenschaften sowie für die stereoselektive Synthese.

Kontakt: Prof. Dr. K. H. Dötz
Kekulé-Institut für Organische Chemie und Biochemie
Universität Bonn
Gerhard-Domagk-Str. 1
D-53121 Bonn
Germany

Fax: (+49) 228-73-5813

E-mail: doetz@uni-bonn.de

Angewandte Chemie Presseinformation Nr. 22/2003
Angew. Chem. 2003, 115 (22), 2599 – 2602

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