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Development of New Chiral Adsorbents for Enantioselective Separations

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Design von chiralen Adsorptionsmitteln

Viele Moleküle existieren in zwei fast identischen Formen, deren biologische Wirkung jedoch sehr unterschiedlich sein kann. EU-finanzierte Wissenschaftler untersuchten neuartige supramolekulare Strukturen zur Analyse dieser beiden Formen.

Gesundheit

Chirale Substanzen sind überall in der Natur zu finden. Chiralität bedeutet, dass sich zwei Moleküle nicht mit ihrem Spiegelbild zur Deckung bringen lassen, also spiegelverkehrt sind. Praktisch haben diese Moleküle die gleiche chemische Formel, ihre Strukturen differieren aber auf subtile und doch wichtige Weise und geben ihnen damit unterschiedliche Funktionen. Zwei Enantiomere spezifisch zu unterscheiden, ist von großer Bedeutung für zahlreiche industrielle Anwendungen in der Lebensmittel-, Pharma- und Biotechnologiebranche. Das EU-finanzierte Projekt "Development of new chiral adsorbents for enantioselective separations" (CHIRAL-MOF) untersuchte, inwieweit eine neue Klasse gitterartiger supramolekularer Strukturen die Trennung vereinfachen könnte. Metallisch/organische Gerüste (MOF) gehören zu den spannendsten Entdeckungen im Forschungsbereich nanoporöser Materialien. In der synthetischen Chemie lassen sich solche porösen Koordinationspolymere nahezu unbegrenzt herstellen, indem Scheitelpunkte mit organischen Linkermolekülen, verbunden werden. CHIRAL-MOF entwickelte Molekülmodelle und Simulationswerkzeuge für das Design neuer MOF, die eine enantioselektive Trennung ermöglichen. Getestet wurden die Methoden anschließend bei der Berechnung der Adsorption häufiger kleiner Gasmoleküle wie Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickoxide, Methan und Stickstoff. Die vorläufigen Ergebnisse erschienen in zahlreichen Fachbeiträgen. In der Regel findet die adsorptive Abtrennung sehr viel komplexerer chiraler Moleküle in der flüssigen Phase statt. Mittels hochmoderner Methoden (Continuous Fraction Monte-Carlo-Simulation) wurden ionische Flüssigkeiten simuliert, die dann in einfachere Algorithmen integriert wurden. Nicht-chirale MOF wurden erfolgreich mit computergestützten Methoden untersucht. So entwickelten die Forscher die Kristallstruktur zweier hypothetischer MOF und konnten deren adsorptive Eigenschaften genau vorhersagen. Die Synthese und Prüfung ergaben eine deutliche Übereinstimmung der strukturellen und adsorptiven mit den vorhergesagten Eigenschaften. Mit der im Rahmen von CHIRAL-MOF abgeschlossenen Arbeit wurde eine permanente Forschungsstelle am University College London eingerichtet. CHIRAL-MOF bildet die Basis für das wissenschaftliche Design chiraler MOF und von Medikamenten mit speziellen Eigenschaften, die keine toxischen Nebenwirkungen haben.

Schlüsselbegriffe

Chirales Adsorptionsmittel, Enantiomere, enantioselektiv, supramolekular, metallisch/organische Gerüste, Simulation, Trennung, Adsorption

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