Selbstassemblierte Käfige auf Basis von Teer-Farbstoffen als nanometergroße Laternen
- Neues aus der Fakultät 2021
Selbstassemblierte Palladium(II) Käfige sind hervorragend geeignet, um negativ geladene Moleküle als Gastverbindung einzuschließen. Nun ist es gelungen, Käfige mit farbigen Liganden auf Basis von geschichtsträchtigen Teer-Farbstoffen darzustellen. Neben der Feineinstellung der Farbe durch verschiedene Lösungsmittel ist auch die Detektion von chiralen Molekülen durch das Binden dieser im Inneren oder der Peripherie der Käfige möglich.
Farbige Moleküle faszinieren seit über 150 Jahren Chemiker der verschiedensten Disziplinen und synthetische Farbstoffe sind nicht mehr aus unserem Alltag wegzudenken. Besonders geschichtsträchtig sind Farbstoffe, welche bereits seit dem 19ten Jahrhundert von der aufstrebenden chemischen Industrie in Nordrhein-Westfalen aus dem Steinkohlenteer gewonnen wurden. In der Arbeitsgruppe von Prof. Guido Clever gelang es nun vier solcher Teer-Farbstoffe (gelbes Michler’s Keton, Methylenblau, pinkes Rhodamin B und Kristallviolett) in selbstassemblierte Nanokäfige einzubauen, wobei die Eigenschaften der Chromophore erhalten bleiben.
Die Farbstoffmoleküle wurden hierzu in organische Brücken integriert, welche mit Palladium Kationen laternenförmige Käfige oder verdrillte Helikate bilden. Faszinierend ist die Erkenntnis, dass die Systeme dreidimensionale Chromophore darstellen, wie die Kristallstrukturen der Käfigverbindungen beweisen. Diese Merkmale ermöglichen die Detektion von chiralen Molekülen durch Binden im Inneren oder an der Peripherie der Käfige. Hierbei kommt es zu einem detektierbaren Chiralitätstransfer von der Gastverbindung auf das supramolekulare Wirt-System.
Spannend ist zudem das lösungsmittelabhängige Verhalten der Systeme auf Basis von Rhodamin B, welches zur Modulation der optischen Eigenschaften ausgenutzt werden kann. Eine stufenweise Einstellung der Farbe von nahezu farblos bis zu einem intensiven Pink konnte so realisiert werden.
Die im Rahmen des Exzellenzclusters RESOLV erarbeiteten Forschungsergebnisse wurden im renommierten Journal Angewandte Chemie als „Hot Paper“ veröffentlicht.
In Zukunft sollen die Systeme für photo-redox katalysierte Reaktionen, zur Detektion von Biopolymeren in Wasser oder als Einheiten mit Lichtsammelfähigkeiten in funktionalen Materialien eingesetzt werden. Innerhalb des RESOLV Programms wird zudem daran geforscht, die gelungene Kombination von Käfigverbindungen, welche einen abgegrenzten nanometergroßen Hohlraum aufweisen, mit den intensiv gefärbten Chromophoren zur gezielten thermischen Anregung einzelner Lösungsmittelmoleküle im molekularen „Confinement“ einzusetzen.
"Coal-Tar Dye-based Coordination Cages and Helicates"
I. Regeni, B. Chen, M. Frank, A. Baksi, J. J. Holstein, G. H. Clever, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 5673.