Niederländische Chemiker haben winzige, molekulare Katalysatoren entwickelt, die sich wie die Ringe auf einer Gardinenstange auf einer Polymerkette bewegen können. Dabei oxidieren sie gezielt vorhandene Doppelbindungen und bereiten den Kunststoff so für weitere chemische Reaktionen vor. Die Idee für die beweglichen Molekül-Katalysatoren entlehnten die Forscher natürlichen Enzymen, die in lebenden Organismen katalytisch entlang der DNA-Stränge wandern. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der Fachzeitschrift Nature (Bd. 424, S. 915).
“Die Architektur dieser Systeme erinnert an so genannte Rotaxane, bei denen ein langer Polymerstrang durch ein Loch eines Makromoleküls gefädelt wird”, beschreiben Pall Thordarson und seine Kollegen von der Universität Nijmegen ihren neuen Katalysator. Mit Geschwindigkeiten zwischen einem und 700 Pikometern (Milliardstel Millimeter) pro Sekunde ließen sie einen Mangan-Porphyrin-Komplex über einen Kunststoffstrang aus Polybutadien wandern.
Je nach aktuellem Standort oxidierte dieser Komplex einen einzelnen Alken-Abschnitt und veränderte chemisch die dort sitzende Doppelbindung. Für diesen Prozess machen die Forscher den Mangan-Metallkomplex verantwortlich, wogegen ein zusätzliches, relativ großes Molekül, das als Ligand angeheftet ist, die chemische Aktivität des Katalysators nach außen abschirmt.
Wegen der schwankenden Geschwindigkeiten ist den Forschern noch unklar, ob das Katalysatormolekül Schritt für Schritt entlang der Polymerkette wirkt oder zufällig von einem Ort zum anderen springt. Auch das Tempo der natürlichen Enzyme um die Erbgutstränge von rund 3.000 Pikometern pro Sekunde konnten sie noch nicht erreichen.
Nichtsdestotrotz könnten diese wandernden Katalysatoren einen neuen Weg für effektive chemische Prozesse aufzeigen. Interessant wäre diese Technologie für die gezielte Veränderung von Polymerketten und das Andocken weiterer funktioneller synthetischer oder biologischer Molekülgruppen.
Jan Oliver Löfken
