Gedankenspiel mit goldenen Bällen

Computerberechnungen postulieren einen ungewöhnlichen Goldcluster: Ein Fulleren aus 32 Goldatomen

Nicht nur verwöhnte Prinzessinnen, auch Chemiker spielen mit goldenen Bällen – bisher allerdings nur in der Theorie: Computerberechnungen an der Universität Helsinki, Finnland, sprechen für die Existenz eines überraschenden Clusters aus 32 Goldatomen, die zu einer winzigen käfigartigen Kugel verknüpft sind.

Zunächst hatte man das postulierte Molekül aus 32 Goldatomen (Au32) als einen weiteren, ziemlich uninteressanten Goldcluster erachtet. Jetzt aber stellten Mikael Johansson, Dage Sundholm und Juha Vaara bei weiter gehenden Berechnungen fest, dass es neben dem gewöhnlichen raumfüllenden „Klümpchen“ noch ein weiteres stabiles Au32-Isomer zu geben scheint. Dieses Isomer soll eine sphärische Hohlkugel von etwas weniger als einem Nanometer Durchmesser sein und wäre damit das erste Fulleren aus Goldatomen. Die Bezeichnung Fullerene für eine molekulare Hohlkugel leitet sich von einer 1985 entdeckten Kohlenstoffmodifikation ab: Molekülen aus 60 Kohlenstoffatomen, die zu kugeligen Käfigen aus 12 Fünfecken und 20 Sechsecken verknüpft sind – genau so ist auch ein Fußball aufgebaut. Dieses Bauprinzip erinnerte die Entdecker an die riesige Kuppel aus Sechs- und Fünfecken, die der Architekt Buckminster Fuller für die Expo 1967 entworfen hatte, und benannten die Moleküle nach ihm. Aber zurück zu den Goldkugeln. Ihre vorausgesagte Struktur lässt sich von der des C60-Fullerens ableiten, indem man die Ecken und die Flächen des „Fußballs“ vertauscht. Man stelle sich einfach in der Mitte eines jeden „Lederflickens“ ein Goldatom vor. Auf diese Weise entsteht ein Goldball mit dreieckigen Flächen, bei dem jedes Goldatom mit fünf oder sechs Nachbarn verknüpft ist.

Es seien Effekte, wie sie durch Einsteins berühmte Relativitätstheorie beschrieben werden, die das Au32-Molekül stabilisierten, erklären Johansson und seine Kollegen. Für die goldenen Fullerene sagen sie besondere elektronische Eigenschaften voraus. So sollen sich die äußeren Elektronen der Goldatome fast völlig frei über den gesamten Cluster bewegen können – und zwar noch wesentlich stärker als das bei Kohlenstoff-Fullerenen der Fall ist. Der Hohlraum im Innern wird durch diese beweglichen Elektronen von äußeren Magnetfeldern abgeschirmt wie in einem winzigen magnetischem Faradayschen Käfig. Für die magnetische Abschirmung im Innern der Goldkugeln wird ein neuer Rekordwert vorhergesagt.

Eine denkbare Anwendung für die Goldkugeln – sollten sie sich denn herstellen lassen – sehen die Forscher unter anderem im Pharma-Bereich: Der Wirkstoff wird im Hohlraum der Kugel eingeschlossen, außen könnten spezielle Biomoleküle oder ganze Viren angeknüpft werden (was bei Golclustern sehr gut geht), die dem Transporter den Weg zu seinem Ziel weisen.

Kontakt: M. Johansson
Laboratory for Instruction in Swedish
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00014 Helsinki
Finland

Tel.: (+358) 9-191-50185
Fax: (+358) 9-191-50169

E-mail: mikael.johansson@helsinki.fi

Angewandte Chemie Presseinformation Nr. 20/2004
Angew. Chem. 2004, 116 (20), 2732 – 2735

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