Synthese mit Schablone

Die Entdeckung eines fußballförmigen Moleküls aus 60 Kohlenstoffatomen war eine kleine Revolution in der Chemie: Fullerene, d. h. sphärische, hochsymmetrische Moleküle aus Kohlenstoffatomen, sind neben Diamant und Graphit eine weitere Modifikation des Kohlenstoffs.

Der C60-„Fußball“ ist aber bei weitem nicht das einzige Fulleren. Zu den weniger stabilen Verwandten gehört das C80-Fulleren. Sieben verschiedene Strukturvarianten sind möglich, in denen sich 80 Kohlenstoffatome zu einem symmetrischen, sphärischen Gebilde anordnen lassen. Zu den Varianten, die so instabil sind, dass sie sich bisher nicht herstellen ließen, zählt die Ikosaedergeometrie (Ikosaeder = Zwanzigflächner).

Ein Team um Manfred Scheer von der Universität Regensburg hat nun statt dessen das erstes Beispiel eines anorganischen, Kohlenstoff-freien C80-Analogons synthetisiert. Wie es in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, lässt sich das fullerenartige Bausteinsystem mit Hilfe einer Art Schablone herstellen („templatkontrollierte Aggregation“).

Die Forscher verwenden für ihre Synthese Pentaphosphoferrocen (an ein Eisenatom gebundener Fünfring aus Phosphoratomen) und Kupferchlorid. Als Schablone dient ihnen ein Carboran, eine Verbindung aus Kohlenstoff-, Bor- und Wasserstoffatomen passender Größe (ca. 0,8 nm) und Form (pseudofünffache Symmetrie). Die einzelnen Bausteine aggregieren um das Carboran herum zu einem sphärischen Supermolekül mit fullerenartiger Geometrie und schließen das Carboran als „Gastmolekül“ im Inneren ein.

So erhielten die Wissenschaftler eine Struktur, die einem ikosaedrischen Fulleren aus 80 Kohlenstoffatomen entspricht. Dieses Gerüst wird aus zwanzig Kupfer- und sechzig Phosphoratomen aufgebaut, die zu zwölf fünfgliedrigen Ringen aus Phosphoratomen und 30 sechsgliedrigen Ringen aus je zwei Kupfer- und vier Phosphoratomen angeordnet sind. Diese anorganische Hülle steht in elektronischer Wechselwirkung mit dem eingeschlossenen Gastmolekül.

„Die templatkontrollierte Aggregation hat sich damit als ein effizienter Ansatz zur Herstellung großer vollkommen sphärischer Moleküle mit fullerenartiger Topologie erwiesen,“ sagt Scheer. „Das Gastmolekül bestimmt dabei die Größe und Zusammensetzung des fullerenartigen Produkts.“

Angewandte Chemie: Presseinfo 17/2009

Autor: Manfred Scheer, Universität Regensburg (Germany), http://www.chemie.uni-regensburg.de/Anorganische_Chemie/Scheer/scheer.html

Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.200900342

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