Suchen

Neue Bilder aus der Nanowelt Direkte Beobachtung der Bindung von Kohlenmonoxid

| Redakteur: Jörg Kempf

Kohlenmonoxid ist hochgiftig, weil es die Bindungsstelle des Hämoglobins für Sauerstoff blockiert. Nach dem gleichen Prinzip – einem Porphyrinring mit eingeschlossenem Eisen- oder Kobalt-Atom, an das die giftigen Gasmoleküle andocken können – lassen sich auch Sensoren bauen, die vor Kohlenmonoxid warnen.

Firmen zum Thema

Direkte Beobachtung der Bindung von Kohlenmonoxid: Der linke Teil zeigt vier Porphyrinmoleküle aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Die Modelle im rechten Teil erläutern die beiden in der Messung nachgewiesenen Spezies. Die Erhöhungen entsprechen dem Zentralatom (gelbe Kugel im Modell) und den beiden hochstehenden Teilen des „Sattels“ (orange Kugeln). Werden die Kohlenmonoxidmoleküle (rot und blau) angebunden, entsteht die charakteristische Kreuzform. (Bild: TU München/Prof. Barth, Dr. Auwärter)
Direkte Beobachtung der Bindung von Kohlenmonoxid: Der linke Teil zeigt vier Porphyrinmoleküle aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Die Modelle im rechten Teil erläutern die beiden in der Messung nachgewiesenen Spezies. Die Erhöhungen entsprechen dem Zentralatom (gelbe Kugel im Modell) und den beiden hochstehenden Teilen des „Sattels“ (orange Kugeln). Werden die Kohlenmonoxidmoleküle (rot und blau) angebunden, entsteht die charakteristische Kreuzform. (Bild: TU München/Prof. Barth, Dr. Auwärter)

Physiker um Professor Johannes Barth von der Technischen Universität München (TUM) haben in Zusammenarbeit mit Theoretikern in Lyon und Barcelona Bindungsmechanismen für Gasmoleküle an Eisen- oder Kobalt-Porphyrinen aufgeklärt. In der aktuellen Ausgabe von Nature Chemistry berichten sie über die von ihnen gefundenen, unerwarteten Phänomene und zeigen erste Aufnahmen.

Die reversible Bindung von Sauerstoff und Kohlendioxid an Metalloporphyrinen ist ein zentraler Prozess bei der Atmung von Wirbeltieren. Auch für die Katalyse oder für den Bau chemischer Sensoren ist es wichtig zu verstehen, wie kleine Gasmoleküle an komplexierte Metallzentren chemisch binden. Zur Untersuchung dieser Bindungsprinzipen benutzten die Wissenschaftler Porphyrinmoleküle, in deren Mitte jeweils ein Kobalt- oder Eisenatom eingebaut ist. Mit diesen beschichteten sie eine metallische Trägerfläche aus Kupfer oder Silber.

Eine wichtige Eigenschaft der Porphyrine ist ihre strukturelle Flexibilität. Jüngere Arbeiten zeigten, dass jede spezielle geometrische Konfiguration die Funktionalität der Metallo-Porphyrine empfindlich beeinflussen kann. Entsprechend dem derzeitigen Kenntnisstand der Forschung erwarteten die Wissenschaftler, dass sich im Fall von Kohlenmonoxid jeweils nur ein CO-Molekül axial an ein zentrales Metallatom binden würde. Tatsächlich zeigten jedoch die detaillierten Rastertunnelmikroskopie-Experimente von Knud Seufert, dass sich zwei Gasmoleküle zwischen dem zentralen Metallatom und zwei gegenüberliegenden Stickstoffatomen anlagern. Entscheidend ist dabei eine Sattelform der Porphyrinmoleküle, wobei die beiden Gasmoleküle die Position des Reiters einnehmen.

(ID:25180990)