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19.11.2003

Metallionen sollen Farbstoffe zu Molekülketten verbinden

Vorbild in der Natur: Synthetische Moleküle sammeln Lichtenergie wie bei der Photosynthese

Würzburger Chemiker wollen Farbstoffe dazu bringen, sich selbständig zu langen Kettenmolekülen anzuordnen. Metallionen sollen dabei wie eine Art Klebstoff funktionieren, der die einzelnen Farbstoffeinheiten zu einem Polymer zusammenfügt. Die entstehenden Materialien sollten theoretisch in der Lage sein, Lichtenergie zu sammeln und gezielt auf einen Punkt zu bündeln. Solche künstlichen Lichtkollektoren könnten interessante technische Anwendungen finden.

Die verschiedenen Farben von Perylenfarbstoffen werden durch kleine Unterschiede in der chemischen Struktur verursacht. Ihre intensive Fluoreszenz zeigt sich am beeindruckendsten unter der UV-Lampe. Foto: Rainer Dobrawa
Fluoreszende Farben, Foto: Rainer Dobrawa

Die Idee für die synthetischen Lichtkollektoren stammt aus der Natur: Wie bei natürlichen Farbstoffsystemen von Pflanzen und manchen Bakterien würde die aufgenommene Energie entlang der Kette weitergeleitet. Bei der Photosynthese wird die Sonnenenergie durch einen solchen Prozess schließlich in chemische Energie umgewandelt. Auch die Farbstoffe dieser natürlichen Systeme lagern sich in einem so genannten Selbstorganisationsprozess von alleine zusammen.

Diesen Vorgang wollen die Chemiker um Frank Würthner vom Lehrstuhl für Organische Chemie in Würzburg auf synthetische Farbstoffe übertragen. Dazu planen sie, so genannte Perylenfarbstoffe zu Kettenmolekülen zu organisieren. Diese Farbstoffe besitzen brillante Farben, sind sehr lichtecht und fluoreszieren intensiv. In der Industrie werden sie zum Beispiel bei Autolacken eingesetzt. Struktur und Eigenschaften dieser Perylenfarbstoffe sollen nun durch die chemischen Modifikationen auf verschiedene Weise verändert werden.

So wollen die Forscher die Farbstoffe zum Beispiel mit Rezeptoren versehen, welche die Selbstorganisation und die daraus resultierenden Strukturen beeinflussen. Mit dieser Technik ist es den Würzburger Chemikern bereits gelungen, Perylenfarbstoffe herzustellen, die sich nach der Zugabe bestimmter Metallionen in Vierergruppen zu Quadraten anordnen.

Eines der nächsten Ziele ist es, den Farbstoffen beizubringen, sich zu langen Kettenmolekülen zusammenzufügen. Auch dabei sollen Metallionen wie ein Klebstoff als Bindeglieder zwischen den einzelnen Einheiten dienen. Je nachdem, welcher Farbstoff und welche Metalle dabei verwendet werden, sollte sich daraus eine andere Polymerstruktur ergeben.