Zwei einzelne, nicht chemisch miteinander
verknüpfte Moleküle, die rein mechanisch ineinander verkeilt und auf
diese Weise fest miteinander verbunden sind, stellen eine enorme
Herausforderung an die Wissenschaft dar. Ein britisch-amerikanisches
Team hat nun einen ganz neuen Typus solcher völlig miteinander
verblockten Moleküle entworfen und einen ersten Protagonisten
synthetisiert. "Suitane" nennen die Forscher diese neuartige
Verbindungsklasse. Das Wort leitet sich ab vom englischen Wort suit,
zu deutsch Anzug. Und in der Tat kann man sich solche Molekülkomplexe
vorstellen als einen "Torso" mit zwei oder mehr "Gliedmaßen", der von
einem einteiligen "Kleidungsstück" umhüllt wird. Je nach Anzahl der
Gliedmaßen wird eine Zahl in den Namen eingefügt: Ein Suit[2]an hat
zwei, ein Suit[3]an drei, ein Suit[4]an entsprechend vier Gliedmaßen.
"Ein Suit[5]an erinnert an eine Puppe, die einen einteiligen
Strampelanzug trägt, aus dem fünf Gliedmaßen herausragen: die beiden
Beine, die beiden Arme und der Kopf," erklärt J. Fraser Stoddart,
einer der Pioniere auf dem Gebiet der supramolekularen Chemie.
Dem Team um Stoddart (University of California, Los
Angeles) und David J. Williams (Imperial College, London) ist es
gelungen, den einfachsten Vertreter dieser Klasse zu synthetisieren:
ein Suit[2]an. Mit Hilfe von Computersimulationen entwarfen sie
zunächst einen Schlachtplan. Das innere Molekül, der "Körper" sollte
ein längliches, relativ starres, der Anzug ein eher flexibles Molekül
sein, das in mehreren Einzelteilen um den Körper herum gebaut werden
sollte. Alle einzelnen Bausteine mussten sowohl von ihrer Gestalt,
ihrer Größe als auch hinsichtlich ihrer funktionellen Gruppen perfekt
auf einander abgestimmt sein.
Als erstes stellten die Forscher ein starres,
lineares Molekülgerüst her: An einem schlanken Mittelteil (der
zentrale aromatische Ring) befinden sich zwei wulstige "Schultern" (Anthracen-Ringsysteme),
daran hängt je ein "Arm". Danach wurde dem Molekül der Anzug angezogen
- allerdings stückweise, erst zum Schluss sollten die Teile zum
Einteiler "vernäht" werden: Zwei große, ringförmige Moleküle
(Kronenether) stülpten sich in einem Selbstorganisationsprozess wie
Ärmel über je einen Molekül-Arm. Torso, Arme und Ärmel waren chemisch
so gestaltet, dass sie in intensive Wechselwirkungen traten, die die
Ärmel fest an ihrem Platz hielten. Im folgenden Schritt wurde eine
weitere, kleinere Molekülart (aromatischer Ring) zugegeben. Diese
Moleküle trugen zwei gegenüber liegende Atomgruppierungen (Aminogruppen),
die in anziehende Wechselwirkung mit je einer dazu passenden Stelle an
je einem Ärmel traten. Im letzten Schritt wurden dann chemische
Bindungen an diesen vier Kontaktstellen geknüpft und die beiden Ärmel
so über die beiden Seitenteile zu einem einzigen, großen Molekül
verbrückt, das das Torso-Molekül nun fest umfängt, ohne chemisch mit
ihm verbunden zu sein.
"Wege zu finden, wie man einem Molekül ein zweites
überzieht, ist eine Vorstufe für die Konstruktion künstlicher Systeme,
die lebenden Zellen ähneln," sagt Stoddart.
Avril R. Williams, Dr. 1, Brian H. Northrop 1, Theresa Chang, Dr.
1, J. Fraser Stoddart, Prof. 1 *, Andrew J. P. White, Dr. 2, David
J. Williams, Prof. -
Suitanes - Angewandte Chemie: (Presseinfo 37/2006) - 2006,
118, No. 40, doi: 10.1002/ange.200602173
