Ein neuartiger Metallakronenether auf Basis von Polyoxometallat eröffnet Forschungsmöglichkeiten

Kronenether wurden 1967 entdeckt. Anschließend wurden sie durch Zugabe einer metallhaltigen Einheit modifiziert, wodurch Metallakronenether entstanden. Diese Metallakronenether waren Gegenstand intensiver Forschung. Abhängig von der molekularen Zusammensetzung der Metallakronenether und der daraus resultierenden Architektur können sich die Eigenschaften und damit die Verwendungsmöglichkeiten der Metallakronen ändern. Sie haben derzeit viele verschiedene Verwendungsmöglichkeiten und laufende Studien erweitern ihre Anwendung ständig.

Zu diesen zählen unter anderem die magnetische Kühlung, bildgebende Verfahren – insbesondere als potenzielle Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie – und der einzelmolekulare Magnetismus, dessen Einsatz im Quantencomputing erforscht wird.

Genauer gesagt: „Metallakronenether haben in letzter Zeit große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil sie Gastspezies, insbesondere Metallionen und organische Ammoniumkationen, selektiv einfangen. Und diese Eigenschaft könnte ihren Nutzen in der Katalyse, im Magnetismus und bei Protonenleitern erhöhen“, sagte Dr. Xiao, Autor des Artikels Hauptautor und wissenschaftlicher Forscher am Fachbereich Chemie der Tsinghua-Universität, Peking.

Da man weiß, was man mit den Metallakronenethern machen kann, besteht der Drang, weiterhin weitere Typen zu entdecken. Dr. Xiao, ein Mitglied der Gruppe von Prof. Wei an der Tsinghua-Universität in Peking, hat die Modifizierung von Kronenethern unter Verwendung von Polyoxometallaten (POM) als Ersatzeinheiten untersucht, um eine neue Art von Metallkronenethern zu schaffen.

„Die Kombination von Kronenethermolekülen mit Polyoxometallaten würde weite Felder für Studien zu supermolekularen Verbindungen und Hybridmaterialien eröffnen“, sagte Xiao. Und sie hatten Erfolg. „Durch kovalente Modifikation wurden Polyoxometallate und funktionelle organische Verbindungen geschickt miteinander kombiniert, um eine weitere Erweiterung ihrer Funktionen zu erreichen.“

Ihre Forschung wurde veröffentlicht in Polyoxometallate.

Kronenether sind ringförmige Moleküle, die mehrere Ethergruppen enthalten. Ihr Name leitet sich von der Ringform ab, die den Molekülen das Aussehen einer Krone verleiht. Für sich genommen sind sie starke Bindemittel für positiv geladene Alkalimetallionen.

Metallakronenether sind eine Art Metallmakrocyclenkomplex, der die Ethylengruppen von Kronenethern teilweise oder vollständig durch metallhaltige Einheiten ersetzt. Im Vergleich zu Kronenethern könnten sie zusätzliche Funktionen in den Bereichen Erkennung, Katalyse und Magnetismus haben.

In diesem Experiment kombinierten Dr. Xiao und ihre Partner Kronenethermoleküle mit Polyoxometallaten (POM), die durch kovalente Bindungen aus frühen Übergangsmetallelementen bestehen, um einen neuartigen Metallkronenether zu schaffen, der seine Einsatzmöglichkeiten erheblich erweiterte. Die Schwierigkeit bei diesem Experiment bestand darin, dass sie die Ethylengruppen nur teilweise ersetzten, worüber bereits berichtet wurde, was jedoch eine andere Methode erforderte als der üblichere vollständige Austausch.

Außerdem verwendeten sie POM, das bisher noch nicht zur Herstellung eines Metallkronenethers verwendet wurde. Die Herausforderung bestand also weiterhin darin, einen Polyoxometalatokronenether mit der Fähigkeit zu entwickeln, spezifische Gastmoleküle einzufangen.

Der Wirt, ein größeres Molekül (in diesem Fall der Metallakronenether), würde hoffentlich den Gast, ein kleineres Molekül (in diesem Fall Ammoniakkationen), in einer nichtkovalenten Bindung einfangen, ähnlich der Bindung, die in vielen biologischen Systemen auftritt wie Proteine.

Es gab bereits Hinweise darauf, dass Ammoniumkationen, also positiv geladene Ammoniumionen, und ihre organischen Derivate vielversprechende potenzielle Gastmoleküle sind. „Natürlich sind es nicht wir, die das Aminokation als Gast wählen, sondern diese Art von Metallakronenether selbst. Durch einige Experimente haben wir diese Wirt-Gast-Verbindungen erhalten“, sagte Xiao.

Im Wesentlichen gelang ihnen der Aufbau eines Polyoxometalatokronenethers, der Ammoniumkationen einfangen kann, und es gelang ihnen, eine Reihe von Wirt-Gast-Komplexen zu erhalten.

Auf die Frage nach zukünftiger Forschung sagte Xiao: „Die Auswahl von Aminokationen als Gastmoleküle durch Metallakronenether hat für uns den Grundstein für die weitere Erforschung der Funktion dieser Verbindungen, wie Erkennung, Ionenaustausch und Katalysatoren, gelegt.“ Ihr nächster Schritt „besteht darin, zu versuchen, funktionelle Aminokationen zu binden, etwa alle Arten von Aminosäuren, und ihre damit verbundenen katalytischen Eigenschaften anhand von POM zu untersuchen. Es besteht die Hoffnung, dass ein gutes Ionenerkennungsmittel oder ein spezifischer Katalysator getestet werden kann.“