Molekulare Chirurgie

Einbau von Helium und Wasserstoff in ein geöffnetes Fulleren

Seit seiner Entdeckung Anfang der neunziger Jahre hat das Buckminsterfulleren schon viele Forscher beschäftigt. Was diesen fußballförmigen Käfig aus 60 Kohlenstoffatomen unter anderem so interessant macht, ist der große Hohlraum in seiner Mitte. Es drängt sich geradezu auf, Atome oder kleinere Moleküle dort einzubauen. So könnten Materialien mit interessanten neuen Eigenschaften entstehen. Die bisherigen Syntheseansätze waren jedoch noch nicht zufriedenstellend.

Amerikanische Chemiker um Yves Rubin, Martin Saunders und Ken Houk haben einen neuen Weg eingeschlagen, um die hohlen Fußbälle zu füllen: Sie betätigen sich als "Molekular-Chirurgen". Wie bei einer Operation wird das Fulleren zunächst vorsichtig an einer Stelle geöffnet – durch eine chemische Reaktion. Wie eine chirurgische Klammer hält der Reaktionspartner das entstandene Loch offen.

Durch diese einladend aussehende Öffnung können nun kleine Teilchen eingeführt werden. Die Forscher versuchten es zunächst mit einem Atom des Edelgases Helium. Bereits unter recht milden Bedingungen (3 atm, 100 °C) lässt sich je ein Heliumatom in einen der offenen Käfige einschleusen.

Etwas schwieriger gestaltete sich die Insertion der hantelförmigen Wasserstoff-Moleküle. Das offene Fulleren, ein kristallines Pulver, musste dazu auf etwa 400 °C erhitzt und einer Wasserstoffatmosphäre von 100 atm ausgesetzt werden. Knapp 30 % der Käfigmoleküle zersetzen sich zwar unter diesen Bedingungen, von den intakten enthalten dann aber 5 % ein "Innenleben". Das mag sich nach wenig anhören, ist aber bei weitem das beste Ergebnis, was die direkte Einlagerung von Gasen in ein Fulleren angeht. "Unter extremeren Druckbedingungen sollte es möglich sein, den Anteil der eingelagerten Gasmoleküle weiter zu erhöhen," zeigt sich Rubin zuversichtlich.

Weitere Pläne sehen vor, auch größere Moleküle und Metallionen in Fulleren-Abkömmlinge einzufügen. Dazu will man die Öffnung entsprechend vergrößern. Außerdem steht noch der Schlussschritt des "chirurgischen Eingriffs" aus: Die "Wunde" muss wieder "vernäht" werden. Erste Beobachtungen stimmen optimistisch, trotz der starken Deformationen scheint das Fullerengitter wieder in seine Fußballgestalt überführbar zu sein.

Das offene Fulleren weist aber nicht nur den Weg zu neuen Materialien, es kann auch als Testsystem dienen, um den Durchtritt kleiner Moleküle oder Ionen durch enge Kanäle zu untersuchen – ein Vorgang, der in der Biologie eine wichtige Rolle spielt.

Kontakt:

Prof. Dr.Y. Rubin
Department of Chemistry and
Biochemistry
University of California
Los Angeles
CA 90095-1569
USA

Fax: (+1) 310-206-7649

E-Mail: rubin@chem.ucla.edu

Quelle: Angewandte Chemie 2001, 113 (8), 1591 – 1594
Hrsg.: Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh)