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StartseiteForschung aktuellPG5 - Künstliches Schwergewicht27.04.2011

PG5 - Künstliches Schwergewicht

Mraseks Molekül-Mosaik

Das größte Molekül, das Polymerchemiker jemals am Reißbrett entworfen und dann fast fehlerfrei synthetisiert haben, trägt den prosaischen Namen PG5 für "Polymer der 5. Generation". Das zylindrische Ding aus der Nanowelt ist fast so groß wie ein leibhaftiger Pflanzenschädling, das Tabakmosaik-Virus. Es besteht aus über 10.000 identischen Kunststoffbausteinen und wiegt so viel wie 200 Millionen Wasserstoffatome.

Von Volker Mrasek

Das Polymer der 5. Generation ist fast so groß wie ein Pflanzenvirus. (Tobias Stengel)
Das Polymer der 5. Generation ist fast so groß wie ein Pflanzenvirus. (Tobias Stengel)

"Ist jetzt die siebte Messung." "Ist wesentlich langsamer, nicht?"

Ein abgedunkelter Raum im Institut für Physikalische Chemie der Universität Mainz. Es ist das Lichtstreuungslabor. Auf einer Werkbank von der Größe eines Billardtisches ein Haufen optischer Aufbauten. Zwischen ihnen verläuft ein feiner grüner Lichtstrahl.

"Da ist der Erzeuger. Dieser schwarze Kasten hier. Das ist ein Argon-Ionenlaser."

Karl Fischer, Akademischer Oberrat am Institut, hat auch im Dunkeln den Überblick.

"Und wir fokussieren dann in ein sogenanntes Goniometer, in dem sich die Probe befindet."

Die steckt in einer durchsichtigen Glasküvette.

"Was wir hier haben, das ist der Detektor. Der zählt also, wie viel Photonen da ankommen, wenn Sie so wollen. Und den kann ich eben bewegen von 30 nach 150 Grad."

In der Mainzer Dunkelkammer wurde PG5 praktisch aus allen Winkeln beleuchtet.

"Da war unser Beitrag eben, die Molmassen und die Radien der Moleküle sehr präzise über Lichtstreuung zu bestimmen."

Manfred Schmidt, Professor für Physikalische Chemie an der Mainzer Uni:

"Das ist sozusagen der schlüssige Nachweis, dass diese Chemie tatsächlich so geklappt hat, wie sie halt auf dem Papier steht."

PG5 ist in der Tat ein Molekül vom Reißbrett. Polymerchemiker an der ETH Zürich haben es entworfen. Ihr Kunstprodukt hat eine enorme molekulare Masse. Es besteht aus über 10.000 identischen Plastikbausteinen. Allein im letzten Schritt zur Synthese von PG5 wurden 170.000 Bindungen geknüpft. Am Ende geriet das zylinderförmige Polymer fast so groß wie ein Virus ...

"Das Kunststück an dieser Chemie ist es, die Reaktion so zu führen, dass über 99 Prozent aller Wiederholungseinheiten perfekt reagieren. Und diese Reaktion wird fünfmal wiederholt. Das heißt dann Molekül der fünften Generation."

Wichtig war vor allem äußerste Sorgfalt bei der Präparation der Proben im Labor. Denn Verunreinigungen führen immer zu unerwünschten Nebenreaktionen bei Stoffsynthesen.

Es gibt von Menschenhand geformte Moleküle, die sind durchaus größer als PG5. Etwa vernetzte Gele in Babywindeln, die sogenannten Superabsorber. Manfred Schmidt räumt das gerne ein. Nur:

"Da gibt's beliebig viele Fehlstellen."

Anders dagegen PG5:

"Wir reden hier über das größte Makromolekül mit einer perfekten Struktur."

Die Polymerchemiker können sich ihr Riesenbaby gut als Nanowerkbank vorstellen. An seiner Oberfläche trägt PG5 Hunderttausende kontaktfreudige Aminogruppen. An ihnen kann man andere Stoffe fixieren.

"Wie beispielsweise Farbstoffmoleküle oder Sonstiges. Auf der Oberfläche kann man die Moleküle zueinander anordnen, wie man das gerne möchte."

Das Schönste dabei: Eine solche Nanopolymer-Werkbank wäre so lang, dass man sie unter dem Rasterkraftmikroskop auch sehen könnte. Im Moment ist das gute Stück allerdings noch Zukunftsmusik.

Links zum Thema

The Largest Synthetic Structure with Molecular Precision: Towards a Molecular Object
Riesenmolekül synthetisiert (ETH Life)

Weitere Beiträge der Reihe: Molekül der Woche <br>Deutschlandfunk-Reihe zum UN-Jahr der Chemie 2011

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