LEGO mit farbigen Molekülen

Porphyrine sind eine wichtige Gruppe von natürlich vorkommenden Farbstoffen, welche die chemische Grundlage für vielfältige lebenswichtige Prozesse sind. So zeichnet der rote Sauerstofftransporter Häm für die Farbe der roten Blutkörperchen verantwortlich und liefert das grüne Pflanzenpigment Chlorophyll die chemische Basis für die Photosynthese in Pflanzen. Innsbrucker Chemiker um Prof. Bernhard Kräutler haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie – ähnlich einem molekularen LEGO-Bausatz – aus Porphyrinen systematisch komplexere Porphyrin-Supermoleküle zusammensetzen können.

Molekulares LEGO-Spiel wird immer komplizierter

„Wir haben dazu Porphyrine so modifiziert, dass sie komplementär reaktiv zu einander sind“, erzählt Prof. Kräutler. „Sie funktionieren dann wie zwei LEGO-Bauklötzchen, die aufeinander gesteckt werden können.“ Was trivial klingt, benötigte eine jahrelange Entwicklung, und lässt sich nun im Labor auch nur mit sehr viel Fachwissen umsetzen. Die Forschungsgruppe um Bernhard Kräutler ist die einzige weltweit, die Porphyrine mit derartigen Eigenschaften entwickelt und synthetisiert hat. Sie verfügt nun über einen Satz von geeigneten Porphyrin-Bauteilen um daraus noch interessantere Verbindungen zu machen. Auch die einmal zusammengesetzten Bausteine können wieder als neue Bauteile verwendet werden. Allerdings wird das chemische LEGO-Spiel damit von Stufe zu Stufe auch immer anspruchsvoller. In einer kürzlich in der Fachzeitschrift Chemical Communications veröffentlichten Arbeit präsentieren die Wissenschaftler das Verfahren anhand eines aus zwei Porphyrinen zusammensetzten Moleküls, auf das sie am Ende noch sechs Fullerene – auch Fußballmoleküle genannt – gesetzt haben. Um genauere Vorstellungen dieser komplexen Strukturen zu bekommen, wurden sie in einer Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Klaus Liedl (ebenfalls Mitglied des CMBI) mittels moderner theoretischer Methoden am Computer modelliert. Anwendung finden könnten solche mit dem Porphyrin-LEGO Verfahren aufgebaute Verbindungen bei der Erzeugung von neuartigen Farbstoffen, welche eine spezielle Eignung als molekulare Bausteine bei der Gewinnung von Sonnenenergie oder in der Informationsspeicherung haben können.