Nanoknoten aus 192 Atomen

Im weiteren Sinne handelt es sich bei dem Knoten um ein Catenan. Die ersten Catenane bestanden aus Makro­zyklen, die während der Synthese vor dem Ringschluss wie Glieder einer Kette ineinandergefügt worden waren (lat. catena = Kette). Zwei Pioniere dieser „mechanischen Chemie“ sind Jean-­Pierre Sauvage und Fraser Stoddart, die 2016 mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet wurden (s. DAZ 2016, Nr. 42, S. 8). Inzwischen ist die Technik so weit fortgeschritten, dass Polymerstränge wie Fäden miteinander verknotet oder verwoben werden können.

Das von Forschern um David Leigh an der Universität Manchester präsentierte Konstrukt besteht aus 192 Atomen und bildet ein endloses Band. Wählt man einen beliebigen Ausgangspunkt, um an diesem Band entlangzufahren, gelangt man nach drei Umdrehungen zum Ausgangspunkt zurück; dabei hat man das Band 16-mal gekreuzt und ist zweimal über jede der acht Kreuzungen gefahren.

Bausteine des Bandes sind vier halb­ovale Bögen mit identischer chemischer Struktur. Sie bestehen jeweils im Mittelteil aus drei Bipyridinen, die über Etherbrücken verbunden sind; und an den beiden Enden steht jeweils ein Phenylpentenyl-Ether.

Beim „Verknoten“ dienen ein zentrales Cl^–-Ion und vier periphere Fe²⁺-Ionen als Abstandhalter. Aufgrund der elektrostatischen Interaktionen ist es möglich, die Polymere gezielt nach einem symmetrischen Muster zu positionieren (deshalb auch „topologische Chemie“): Jeder Bogen kreuzt den spiegelbildlich gegenüberliegenden Bogen zweimal, aber die beiden um 90° versetzten Bögen nur je einmal. Danach werden die Enden der Bögen miteinander verbunden und die Ionen entfernt – fertig ist der Knoten.

Konkrete Anwendungen für dieses und andere Konstrukte der mechanischen Chemie gibt es noch nicht. |