Viel mehr Reaktionen in wässriger statt organischer Lösung
Nano-Käfige setzen grosse Potenziale frei
Molekülkäfige im Nanometerformat versprechen hochreine stereo- und regioselektive Funktionalisierungen und eine kontinuierliche Pharma- und Food-Herstellung unter Enzymkatalyse. In der Breite könnten sie grosse Mengen an teuren oder giftigen organischen Lösungsmitteln durch Wasser ersetzen helfen.
In einem speziellen Nanoreaktor lassen sich Fullerene endlich gezielt funktionalisieren. Dazu wird ein Fussballmolekül von einem Hula-Hoop-Reifen aus zyklischen organischen Verbindungen und einem würfelförmigen Käfig aus komplexen organischen Verbindungen abgeschirmt. So lässt sich zum Beispiel eine Cyclopropanierung stereoselektiv (zum trans-3-Fulleren-Bis-Addukt) und regioselektiv (120°-Winkel zwischen Cyclopropanrest 1, Fulleren und Cyclopropanrest 2) lenken. Die bislang unerreichte 90-prozentige Ausbeute könnte sich als Game-Changer für einen grossen Produktbereich erweisen. Denn Fullerene decken ein breites Anwendungsspektrum von bereits verfügbaren Produkten (z.B. Anti-Aging-Cremes) bis zu vielversprechenden Forschungsprojekten (z.B. Katalysatoren, Schmiermittel, Herstellung künstlicher Diamanten, Halbleiter und Supraleiter) ab.
Das Einsperren von Molekülen erweist sich auch in anderen Fällen als Erfolgsstrategie. So lassen sich Enzyme in metallorganischen Käfigen (metal-organic frameworks, MOFs) stabilisieren. Hier können sie als Katalysatoren für die weisse Biotechnologie dienen (z.B. kontinuierliche Herstellung in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie).
Umgekehrt kann man durch Einsperren von Metallnanopartikel-Katalysatoren in organische Käfige die Effektivität steigern. Neuere Forschungen haben ergeben, dass mit Hilfe eines solchen «Kat-Boostings» viel mehr Reaktionen als bisher gedacht in wässrigem Milieu durchgeführt werden könnten. Das Einsparpotenzial für organische Lösungsmittel, wie Methanol oder Benzol, ist gross.
Die ganze Bandbreite der Fortschritte in der Nanotechnologie und ihrer Anwendung in der betrieblichen Praxis erlebt der Besucher auf der diesjährigen Ilmac.
