Fullerene: Chemiker enträtseln Entstehung der Fußball-Moleküle

Fußball-Molekül: Struktur eines Fullerens mit 60 Kohlenstoff-Atomen Zur Großansicht
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Fußball-Molekül: Struktur eines Fullerens mit 60 Kohlenstoff-Atomen

Sie könnten in der Medizin nützlich sein oder auch in der Photovoltaik: Die sogenannten Fullerene sind aufgrund ihrer Ballstruktur sehr vielseitig. Chemiker haben nun einen wichtigen Schritt bei der Herstellung der Moleküle entschlüsselt.

Fullerene sind erstaunliche Gebilde: Sie haben die Form winziger Fußbälle. 1996 erhielten drei Forscher für die Entdeckung der aus Kohlenstoff bestehenden Moleküle den Chemie-Nobelpreis. Aufgrund ihrer Struktur sind Fullerene für diverse Felder interessant, beispielsweise in der Medizin oder der Photovoltaik. Ein spezielles Metallofulleren etwa, das im Inneren einige Gadolinium-Atome enthält, könnte als Kontrastmittel bei der Magnetresonanztomografie dienen, berichtet das Virginia Tech Carilion Research Institute in Roanoke. Es sei bis zu 40 Mal besser als herkömmliche Mittel.

Ein Problem haben Chemiker allerdings mit den molekularen Fußbällen. Zwar ist bekannt, dass ein Fulleren neben einer unbekannten Nummer an Kohlenstoff-Sechsecken immer genau zwölf Fünfecke in seiner Hülle besitzt, schreiben US-Forscher im Fachmagazin "Nature Chemistry". Aber: Wie genau spezielle Formen dieser Molekülbälle entstehen, ist noch nicht ganz klar.

Zwei verschiedene Wege sind denkbar.

  • Laut der "Bottom up"-Theorie entstehen Fullerene quasi Atom für Atom, ähnlich wie ein Gebäude aus Lego-Steinen zusammengesetzt wird.
  • Laut der "Top down"-Theorie bilden sich die Fußball-Moleküle, wenn größere Strukturen zusammenbrechen.

US-amerikanische Chemiker berichten nun von einer Beobachtung, die für die "Top down"-Theorie spricht. Die Forscher um Jianyuan Zhang vom Virginia Tech Carilion Research Institute untersuchten ein spezielles Metallofulleren, welches eine asymmetrische Struktur aufweist.

Als die Wissenschaftler die genaue Form des Fullerens aufklärten, stellten sie fest: Mit nur ein paar Kniffen kann das Molekül kollabieren, wobei verschiedene bekannte Metallofullerene oder Fullerene entstehen, die sowohl stabil als auch symmetrisch sind.

Das spricht aus Sicht der Forscher dafür, dass sich erst einmal große Fullerene aus einem Film von Graphen bilden - einer weiteren Kohlenstoff-Struktur, deren Entdeckung mit einem Nobelpreis geehrt wurde. Diese großen Fullerene formen sich dann zu symmetrischen Molekülen um.

Der Chemiker Takeshi Akasaka von der Universität von Tsukuba, Japan, der nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete die Arbeit als Durchbruch. Die US-Forscher hoffen, dass ihre Erkenntnis bei der Entwicklung weiterer Fullerene hilft.

wbr

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insgesamt 5 Beiträge
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1. Nichts ist enträtselt!
noalk 16.09.2013
Es gibt lediglich Untersuchungsergebnisse, die auf etwas bestimmtes hindeuten. Solange der Reaktionsmechanismus nicht bekannt ist, bleibt das Rätsel ungelöst.
2. top bottom
realburb 16.09.2013
top down und bottom up sind keine speziellen theorien, die nur auf Fullerene bezogen sind, sondern allgemeine Prozesse aus der mechanischen Verfahrenstechnik
3. ...
Newspeak 16.09.2013
Wahrscheinlich geht beides, top-down und bottom-up. Wieso auch nicht? Die top-down Reaktion findet außerdem sicher auch in gewöhnlichem Ruß statt, ohne daß man das Modemolekül Graphen zitieren muß. Insofern, viel Lärm um Nichts. Denn ich bezweifle auch, daß der Reaktionsmechanismus besonders interessant sein dürfte. Jede Menge langweiliger Umlagerungen vermutlich. Ist ja nicht so, als ob man das Ding wie Dodecahedran totalsynthetisiert hätte. Und theoretisch interessant, was Reaktionsmechanismen betrifft, dürften schon kleinere Moleküle sein, Bullvalen z.B. immer noch.
4. Top Down
Layer_8 16.09.2013
Zitat von sysopSie könnten in der Medizin nützlich sein oder auch in der Photovoltaik: Die sogenannten Fullerene sind aufgrund ihrer Ballstruktur sehr vielseitig. Chemiker haben nun einen wichtigen Schritt bei der Herstellung der Moleküle entschlüsselt. Fullerene: Chemiker enträtseln Entstehung der Fußball-Moleküle - SPIEGEL ONLINE (http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/fullerene-chemiker-entraetseln-entstehung-der-fussball-molekuele-a-922433.html)
Ist doch so wie bei einer Seifenblase. Das Optimum ist eine Minimalfläche. Und die kleinste mögliche ist eine Sphäre. Bei Kohlenstoff kann sowas realisiert werden, ebene 3er Symmetrie (120°): Graphen labiles Gleichgewicht -> C60 stabiles Gleichgewicht. Außer man hat viele Netzebenen: Graphen -> Graphit.
5. Interessant...
S.Vazaha 16.09.2013
..ist vor allem die sich selbst reproduzierende Fulleren-Struktur, weil die Maschinen der Nanotechnologie sich aus großteils aus Teilen zusammensetzen werden, deren Oberfläche aus Fünf-und Sechsecken besteht. Die haben den Vorteil, dass sie sich selbst reproduzieren und reparieren können - und jedes bessere Verständnis der Entstehung ist wertvoll. Fullerenstrukturen müssen auch nicht unbedingt aus Kohlenstoff gebildet werden, sondern können auch aus Makromolekülen, aus DNA oder mechanischen 5- und 6-armigen Mini-Roboter-Sternen bestehen. Was fehlt, sind die Markierungsmöglichkeiten der 5- und 6-Ecke, damit sie sich in vorausgeplanten Mustern zusammensetzen. Die Wissenschaft weiss zwar, dass 4 Farben ausreichen, um einen Fussball so einzufärben, dass keine gleichfarbigen Fächen aneinandergrenzen, aber sie hat noch keinen Algorithmus gefunden, die Oberfläche von Fulleren-Strukturen mit planmäßigen Mustern zu überziehen. Solange rumzuprobieren bis es passt ist keine Lösung. Auch Viren hüllen sich in eine Fullerenstruktur und haben Antennen an den Fünfecken. Aus sicherer Quelle weiß ich, dass der fehlende Algorithmus, Fulleren-Oberflächen mit 4 verschiedenen Markern zu planen entdeckt und noch in diesem Jahr veröffentlicht wird. Dann können sich beispielsweise Fußbälle auf vorausgeplanten Punkten einer Sechseckmatte anheften und Nanoröhrchen an vorausbestimmten Stellen andocken.
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