Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 126 Issue 52

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2001, 113 (23), 4549 - 4553

Nr. 23/2001


Zuckerkringel als Gussform

Herstellung poröser Kieselerden mit Hilfe
von Cyclodextrin-Aggregaten

Poröse Materialien können in ihren Hohlräumen andere Moleküle aufnehmen. Das macht sie als Speicher, Ionenaustauscher, Mikro-Reaktionskammern oder auch zur Trennung von Substanzen interessant. Inzwischen gibt es eine ganze Reihe von Methoden, solche Porenstrukturen gezielt zu synthetisieren und für bestimmte Aufgaben maßzuschneidern. Eine Methode, um Kieselerden mit definierten Poren zu erzeugen, ist das "Nano-Gießen". Ein deutsch-amerikanisches Team um Markus Antonietti und Sebastian Polarz hat eine neue Variante für den Nano-Guss entwickelt.

Beim "richtigen" Gießen, etwa einer Kirchturmglocke, hat man eine Form aus Ton als Vorlage, in die das flüssige Metall hinein gegossen wird. Nach dem Erstarren des Metalls zerschlägt man die Form und erhält dann ihr Negativ. Beim "Nano-Guss" von porösen Materialien funktioniert das Prinzip genau umgekehrt: In eine flüssige Vorstufe der Kieselerde müssen winzige "Platzhalter" eingebracht werden. Sie sorgen dafür, dass beim Vernetzen der Lösung zu einem festen Gel keine massive Masse entstehen kann. Werden die "Platzhalter" zum Schluss durch Erhitzen entfernt, bleiben "Löcher", die ein genaues Negativ der "Platzhalter" sind.

Um ein von Kanälen durchzogenes Material zu erhalten, müssen ergo lange dünne Nano-Partikel als "Platzhalter" gewählt werden. Bisher wurden zumeist Tensid-Moleküle oder Polymere eingesetzt. Antonietti und Mitstreiter haben eine interessante Alternative gefunden: Sie verwenden Cyclodextrine. Cyclodextrine sind ringförmige Mehrfach-Zucker aus sechs, sieben oder acht Glucose-Bausteinen. Die flachen "Zuckerkringel" haben eine bemerkenswerte Eigenschaft: In wässriger Lösung stapeln sie sich zu langen wurmartigen Gebilden. Der Grund liegt aller Wahrscheinlichkeit nach darin, dass die "Kringel" im Inneren hydrophob (wasserabweisend), außen dagegen hydrophil (wasseranziehend) sind. Durch die Stapelung kann sich Gleich und Gleich am besten zueinander gesellen, was für die Moleküle energetisch am günstigsten ist.

In der Kieselerde hinterlassen die Cyclodextrine Poren, die ihrer wurmartigen Form entsprechen. Durch Veränderungen an den Cyclodextrin-Molekülen kann der Porendurchmesser variiert werden. Gegenüber vielen anderen molekularen "Platzhaltern" haben die Cyclodextrine den Vorteil, dass sie nicht in die Kieselerde eindringen. Die Materialien, die in makroskopisch beliebigen Formen, so genannten Monolithen, erhalten werden, lassen durch das Abdruckprinzip die Untersuchung des Aggregationsverhaltens der Cyclodextrine in Wasser zu.

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