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Weniger Gift – dank einer „beispiellosen“ Reaktion

10.05.2019

Stefanie Dehnen und Bertram Peters

Star im Kosmos der Chemie: Die Zinn-Sulfid-Oxid-Cluster (gelb), die Dehnens Team mit der neuartigen Methode hergestellt haben, lagern sich im festen Zu-stand zu einer Rosette zusammen (links). Jedes der großen gelben Dreiecke re-präsentiert dabei einen der Sn-S/O-Cluster; nur von einem ist die Struktur genau-er dargestellt, inklusive der nun angehängten Methylgruppen.

Ionische Flüssigkeiten sind nicht so reaktionsträge wie bislang angenommen – bei besonders eigenwilligen Reaktionspartnern bieten sie sogar endlich einen Hebel, um diese gezielt zu verändern. Das zeigt ein Team mittelhessischer Chemiker in der frei verfügbaren Fachzeitschrift „Chemical Science“.

Bei ionischen Flüssigkeiten handelt es sich um Salze, die wegen ungünstiger Passformen der darin enthaltenen Ionen schlecht kristallisieren. „Sie eignen sich gut als Reaktionsmedien und zeigen dabei auch eine geringere Giftigkeit als viele gängige organische Substanzen“, sagt die Chemieprofessorin Dr. Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität Marburg, Mitverfasserin der aktuellen Veröffentlichung. „Wir untersuchen derzeit systematisch den möglichen Einsatz ionischer Flüssigkeiten als Lösungsmittel und zugleich reaktives Agens, das dabei hilft, gezielt organische Seitengruppen an Metallchalkogenid-Cluster anzuhängen.“

Metallchalkogenid-Cluster sind Moleküle, die Metallatome mit Elementen wie Schwefel, Selen oder Tellur vereinen. „Es gibt viele Einsatzmöglichkeiten für Verbindungen, die solche Cluster enthalten“, berichtet Dehnens Mitarbeiter Bertram Peters, der federführende Autor der Studie. Als Beispiele nennt der Chemiker opto-elektronischen Anwendungen wie Leuchtdioden oder Solarzellen.

Um bestimmte Eigenschaften der Cluster zu verbessern, etwa ihre Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln, muss man organische Seitengruppen anhängen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen – zum Beispiel eine Methylgruppe. „Bisher war das nicht möglich“, erklärt Dehnens Mitarbeiterin und Koautorin Silke Santner, „es galt in der wissenschaftlichen Literatur auch als grundsätzlich nicht machbar.“ Der vermutete Grund bestehe in der mangelnden Neigung solcher Cluster, überzählige Elektronen zu einer Bindung mit einer Seitengruppe beizutragen, legt Mitverfasser Carsten Donsbach aus Dehnens Arbeitsgruppe dar.

Die mittelhessische Forschungsgruppe präsentiert nun „Produkte einer beispiellosen chemischen Reaktion“, wie die Autoren schreiben. Sie tritt auf, wenn man als Lösungsmittel für die Synthese der Metallchalkogenid-Cluster eine ionische Flüssigkeit einsetzt, die dabei gleichzeitig als Quelle der Methylgruppe dient. Dadurch erhielt das Forschungsteam neun Salze der in dieser neuartigen Weise veränderten Cluster. Das Team um Koautor Professor Dr. Bernd Smarsly von der Justus-Liebig-Universität Gießen bestätigte die Ergebnisse mittels Raman-Spektroskopie.

„Der wichtigste Aspekt ist dabei das Vorhandensein der endständigen Methylgruppen“, heben die Wissenschaftler hervor. Dieses Ziel ließ sich für verschiedene Clustergrößen und Kombinationen von Elementen verwirklichen, was die breite Anwendbarkeit der Methode belegt. „Unsere Ergebnisse ebnen neuen Strategien den Weg, mit denen sich Metallchalkogenid-Cluster zielgerichtet mit verhältnismäßig ungiftigen Reagenzien modifizieren lassen“, resümiert das Autorenteam.

Originalveröffentlichung:

Bertram Peters & al.; "Ionic liquid cations as methylation agent for extremely weak chalcogenido metalate nucleophiles"; Chemical Science; 2019

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    Dennis Walczyk

    Dennis Walczyk, geb. 1984, studierte Chemie an der Philipps-Universität Marburg. Seit 2012 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Hartmann am Institut für Pharmazeutische Chemie der Universität Marburg und beschäftigt sich dort u.a. mit der En ... mehr

    Prof. Dr. Roland K. Hartmann

    Roland K. Hartmann, geb. 1956, ist Professor der Pharmazeutischen Chemie an der Philipps-Universität Marburg. Er studierte Biochemie an der Freien Universität Berlin, wo er 1988 mit dem Ernst Reuter-Preis für seine hervorragende Dissertation ausgezeichnet wurde. Seine Forschungsinteressen u ... mehr

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