Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Essbare Gasspeicher

Poröses metall-organisches Gerüst aus lebensmitteltauglichen Naturprodukten

03.09.2010

Ein Löffel Zucker, eine Prise Salz und ein Schluck Alkohol – das sind die Zutaten, aus denen Wissenschaftler eine neue Klasse robuster nanoporöser metall-organischer Gerüste herstellen. Allerdings ist der Zucker kein Haushaltszucker sondern Gamma-Cyclodextrin, das aus dem nachwachsenden Rohstoff Maisstärke gewonnen wird. Wie J. Fraser Stoddart und ein Team aus Wissenschaftlern von der Northwestern University in Evanston (IL, USA), der University of California in Los Angeles (USA) sowie der University of St. Andrews (Großbritannien) in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, könnte dieses einfache Rezept der Auftakt für eine neue Klasse biokompatibler poröser Kristalle aus erneuerbaren natürlichen Rohstoffen sein. Metall-organische Gerüste (engl. metal-organic frameworks, MOF) sind wohlgeordnete, gitterartige Kristalle. Die „Knotenpunkte“ der Gerüste bilden Komplexe von Übergangsmetallen (wie Kupfer, Zink, Nickel oder Cobalt), organischen Moleküle stellen die Verbindungsstücke zwischen den Knoten. In ihren Poren können MOFs Gase speichern, beispielsweise Wasserstoff oder Kohlendioxid. Außerdem können sie zur Stofftrennung, als Katalysatoren und zum gezielten Transport von Pharmaka im Organismus eingesetzt werden. Die meisten der bisher hergestellen MOFs bestehen aus Bausteinen auf petrochmischer Basis. Stoddart und sein Team stellten sich jetzt der Herausforderung, MOFs aus Naturprodukten aufzubauen. „Das Problem: natürliche Bausteine sind im allgemeinen nicht symmetrisch“, so Stoddart, „diese Mangel an Symmetrie scheint eine Kristallisation zu hochgeordneten poröser Gerüste zu verhindern.“ Gamma-Cyclodextrin hieß die Lösung für dieses Problem: Es besteht aus acht asymmetrischen Glucose-Gruppen, die in zu einem Ring verknüpft sind, der symmetrisch ist. In vielen Ländern (z.B. USA, Japan) sind Cyclodextrine als Lebensmittelzusatzstoffe zugelassen. Zweite Zutat ist ein Alkalimetall-Salz. Unter den geeigneten Kandidaten finden sich auch gewöhnliches Speisesalz (Natriumchlorid), der gängige Salzersatz Kaliumchlorid oder Kaliumbenzoat, ein zugelassenes Konservierungsmittel. Die Zutaten werden in Wasser gelöst und dann per Dampfdiffusion mit einem Alkohol kristallisiert. Hier kann man problemlos ein handelsübliches Getränk, etwa Korn, verwenden. „Die Zutaten sind also alles Substanzen, die man kostengünstig in hoher Qualität und für Lebensmittelanwendungen geeigneter Reinheit erhalten kann“, so Stoddart. Die entstehenden Kristalle bestehen aus Würfeln aus sechs Gamma-Cyclodextrin-Molekülen, die dreidimensional über Kaliumionen verknüpft sind. Diese Würfel sind genau so angeordnet, dass sie ein poröses Gerüst mit offen zugänglichen Poren bilden. „Eine solche Anordnung war bisher unbekannt,“ sagt Stoddart. „Das Porenvolumen macht 54% des Festkörpers aus.“ Besonders untypisch für poröse Materialien: Beim Auflösen in Wasser dissoziiert das Gerüst einfach wieder in seine Bestandteile, die sich dann wieder mit Alkohol kristallisieren lassen. Stoddart: „Auf diese Weise lässt sich ein beschädigtes Gerüst einfach recyceln oder regenerieren.“ Originalveröffentlichung: J. Fraser Stoddart et al. "Metal-Organic Frameworks from Edible Natural Products"; Angewandte Chemie 2010.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Wiley-VCH
  • News

    Chemischer Wasserstoffspeicher

    Wasserstoff ist ein leistungsfähiger, aber auch höchst explosiver Energieträger. Gesucht werden daher kostengünstige, leichte und vor allem sichere Speicher- und Transportsysteme. Wissenschaftler am Weizmann Institute of Science in Israel haben jetzt aus einfachen und ungefährlichen organis ... mehr

    Knoblauchinhaltsstoff aus dem Labor

    Frisch gepresster Knoblauch enthält eine Vielzahl von gesunden schwefelorganischen Verbindungen. Ein knoblauchtypischer Inhaltsstoff, der aus Ölextrakten gewonnen werden kann, ist Ajoen. Erstmals haben Chemiker aus Großbritannien diese Substanz jetzt rein aus gängigen Ausgangsstoffen synthe ... mehr

    Intelligente Fluoreszenzfarbstoffe

    Die größte Schwierigkeit bei der Entwicklung von Fluoreszenz- und Phosphoreszenzfarbstoffen liegt in der exakten Einstellung der angeregten Elektronenzustände. Wissenschaftler in Japan haben nun ein organisches Lumineszenzsystem mit einem ungewöhnlichen reizresponsiven Farbumschlag entwicke ... mehr

  • Firmen

    Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

    Wiley-VCH publiziert Monographien, Lehrbücher, Nachschlagewerke und Zeitschriften die in gedruckter oder als Online-Version, maßgebliche und topaktuelle wissenschaftliche Inhalte vermitteln. Wiley-VCH besitzt eine über 80-jährige Verlagstradition in den Bereichen Chemie, Materialwissenschaf ... mehr

Mehr über Northwestern University
  • News

    Forscher untersuchen erstmals "lebende" Nanomaterialien

    Eine neue Form der Elektronenmikroskopie ermöglicht es Forschern, nanoskalige Rohrmaterialien zu untersuchen, während sie "lebendig" sind und Flüssigkeiten bilden - eine Premiere auf dem Fachgebiet. Die neue Technik, die von einem multidisziplinären Team der Northwestern University und der ... mehr

    Methan konsumierende Bakterien könnten die Zukunft des Kraftstoffs sein

    Bekannt für ihre Fähigkeit, Methan aus der Umwelt zu entfernen und in einen brauchbaren Brennstoff umzuwandeln, faszinieren methanotrophe Bakterien seit langem die Forscher. Aber wie genau diese Bakterien auf natürliche Weise eine so komplexe Reaktion ausführen, war ein Rätsel.Nun hat ein i ... mehr

    Fluid-inspirierte Material-Selbstheilung

    Es ist kaum zu glauben, dass ein winziger Riss eine gigantische Metallstruktur zum Einsturz bringen könnte. Aber manchmal brechen Brücken zusammen, Rohrleitungen brechen und Rümpfe lösen sich von Flugzeugen aufgrund von schwer erkennbarer Korrosion in winzigen Rissen, Kratzern und Dellen.Ei ... mehr

Mehr über University of St Andrews
Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.