Posted in: Chemie, Technik 28. März 2013 08:39 Weiter lesen →

Molekularer Platzanweiser schafft Ordnung

Nahaufnahme eines klaren, in den Regenbogenfarben schimmernden Kristalls Wenn Chemiker die Molekülstruktur einer Substanz bestimmen wollten, mussten sie diese bislang als Kristall züchten. Einen ebenso einfachen wie eleganten Trick, diesen Schritt zu umgehen, haben japanische Forscher ersonnen. Sie lagern die zu untersuchende Substanz in einen bereits bestehenden Kristall ein, sodass sich die nötige Ordnung ganz von selbst ergibt.

Für die Röntgenstrukturanalyse muss die Verbindung in Kristallform vorliegen, hier das Enzymprotein Lysozym. Bild: NASA/Marshall Space Flight Center

Die Kristallografie sei die zuverlässigste Methode zur Strukturbestimmung, erläutern die Forscher um Makoto Fujita von der Universität Tokyo im Magazin „Nature“. Viele Verbindungen kristallisierten allerdings gar nicht oder nur unter sehr speziellen Bedingungen, die zu finden großen Aufwand erfordere. Ein weiteres Problem: Gerade natürliche Substanzen, die als Vorbild für Arzneiwirkstoffe dienen könnten, stehen oft nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung.

Fujita und Kollegen umgehen diese Probleme, indem sie metallorganische Gerüste als eine Art molekularer Platzanweiser nutzen. Solche Gerüste bestehen aus Metallsalzen, in diesem Fall Kobaltisothiocyanat oder Zinkiodid, die über organische Verbindungsstücke zu dreidimensionalen, porösen Komplexen verknüpft sind. In eine Lösung der Testsubstanz gegeben, saugt sich ein solcher „kristalliner Schwamm“ allmählich voll, wobei sich die Moleküle der Testsubstanz in einer ganz bestimmten Orientierung an die Wandung seiner Hohlräume anlagern.

Die Ordnung im Innern des kristallinen Schwamms erleichtert die Strukturbestimmung erheblich, fanden die Forscher. Bei ihren Versuchen genügten für eine erfolgreiche Röntgenstrukturanalyse schon 80 Nanogramm (Milliardstel Gramm) des Korallen- und Pilzpigments Guaiazulen, eingelagert in einen metallorganischen Würfel mit einer Kantenlänge von knapp 0,1 Millimeter. Dagegen erfordert das Kristallzüchten üblicherweise Mengen in einer Größenordnung von 1 Milligramm (Tausendstel Gramm).

Dank des geringen Probenbedarfs können sogar komplexe Gemische, etwa ätherische Öle aus der Orangenschale, per Chromatografie aufgetrennt und anschließend direkt per Strukturanalyse bestimmt werden, berichten Fujita und Kollegen. „Unsere Methode löst die sehr realen und intrinsischen Probleme der Röntgenkristallografie und macht aus ihr eine schnelle und bequeme Technik zur Strukturanalyse mit Spurenmengen von Probenmaterial“, folgern die Forscher.

Forschung: Yasuhide Inokuma und Makoto Fujita, Department of Applied Chemistry, University of Tokyo; Kari Rissanen, Department of Chemistry, University of Jyväskylä; und andere

Veröffentlichung Nature, Vol. 495, 28. März 2013, pp 461–6, DOI 10.1038/nature11990

WWW:
Fujita Lab, University of Tokyo
Crystallography
Metal-organic Framework

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Chemiker entwickeln geräumigste Kristalle

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