"Molekulare Reißleine" für chemischen Schnellstart
Forscher an der Technischen Universität Eindhoven (TU/e) in den Niederlanden haben entdeckt, wie katalytische Aktivitäten durch mechanische Kräfte gesteuert werden können, um chemische Reaktionen in Gang zu setzen - eines der grundlegendsten Prinzipien in der Chemie. Derartige Ergebnisse wurden zum ersten Mal erzielt. Sie wurden im Fachblatt "Nature Chemistry" am 6. April 2009 veröffentlicht. Chemische Katalysatoren benötigen einen Auslöser, normalerweise Wärme, Licht oder eine andere chemische Substanz. Ein Forscherteam des Instituts für komplexe molekulare Systeme und der Fakultät für Chemieingenieurwesen und Chemie an der Technischen Universität Eindhoven zeigte, dass ein Katalysator vom Ruhezustand in den aktiven Zustand versetzt werden kann, indem eine Polymerkette quasi wie eine molekulare Reißleine betätigt wird. Zu diesem Ergebnis kamen die Forscher, als sie ein katalytisch aktives Metall-Ion in eine aus zwei Hälften bestehende Molekülkapsel (sogenannte Liganden) einschlossen. An jede Seite wurde eine Polymerkette angehängt, sodass eine lange Kette entstand, in deren Mitte sich ein Metallkomplex befand. Diese Kette wurde anschließend in Lösung gebracht und mit Ultraschall bestrahlt, was zur Entstehung von Blasen führte. Die beim Platzen der Blasen entstehende starke Strömung spannte die Kette so stark, dass sie am schwächsten Glied - dem Metallkomplex - zerbrach. Durch Wegbrechen einer Kapselhälfte wurde das Metall-Ion katalytisch aktiviert und setzte somit eine chemische Reaktion in Gang. Mit diesem neuen Durchbruch öffnen sich viele Wege für die Entwicklung von Materialien, die sich von selbst regenerieren können und unter physischem Stress stabiler werden. Reißt beispielsweise ein mit diesem Verfahren behandeltes Material, bricht der Metallkomplex auseinander und aktiviert den Katalysator, wodurch sich das Material sofort selbst regenerieren kann. Die neue Entdeckung könnte Forschungen für eine Vielzahl von Anwendungen inspirieren, die auf dem An- und Abschalten chemischer Reaktionen beruhen. In der Kunststoffspritzerei beispielsweise könnte die neue Technik das Herstellungsverfahren vereinfachen und in ungeahntem Ausmaß eine umweltfreundliche Chemieforschung vorantreiben. Durch Steuerung chemischer Katalysen könnten Effizienz und Leistungsfähigkeit chemischer Umwandlungen und Reaktionen verbessert werden. Nach Meinung der Forscher "bietet die mechanochemische Aktivierung neue Möglichkeiten für homogene Katalysen - ein Forschungsbereich, der für eine umweltfreundlichere Herstellung und Verarbeitung von Chemikalien unerlässlich sein wird. Katalysatoren werden überall in der chemischen Industrie eingesetzt, unter anderem zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten wie Arzneimitteln und Polymermaterialien. Zweifellos wird der Bedarf nach neuen Katalysatoren in Zukunft weiter steigen."
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