Kristalline Schwämme

Bislang brauchte man für eine Strukturanalyse Einkristalle möglichst guter Qualität oder man versuchte die Kristallstruktur von polykristallinem Material aus den Daten der Pulverdiffraktometrie abzuleiten. Nunmehr gibt es eine völlig neuartige Methode der Strukturbestimmung: den "kristallinen Schwamm". Mit diesem saugt man eine flüssige Verbindung (oder die Lösung einer Verbindung auf), dabei entsteht ein Einschlusskomplex. Die Kristallstruktur dieses Komplexes aus Wirt und Gast wird gemessen und schon hat man eine Strukturanalyse der ursprünglich flüssigen Verbindung.
Über diese neuartige Methode der Strukturbestimmung berichteten Fujita et al. in Nature unter der Überschrift "X-ray analysis on the nanogram to microgram scale using porous complexes" (Nature 495, 2013, 461-466).

Die hierbei genutzte Vorgehensweise ist eigentlich schon länger aus der supramolekularen Chemie bekannt. Wirt-Gast-Komplexe wurden aber bisher noch nie so konsequent zur Strukturanalyse der Gast-Komponente genutzt. Die Autoren des Nature-Artikels waren auch in der Lage zu zeigen, dass diese Methode gut verallgemeinerbar ist und für eine Vielzahl von Verbindungen funktioniert. Dabei müssen doch einige Voraussetzungen erfüllt sein, damit die oben von mir so salopp beschriebene Methode überhaupt zum Erfolg führt:

Die zu untersuchende Verbindung oder die Lösung dieser Verbindung darf das Kristallgitter des "kristallinen Schwamms" beim Aufsaugen nicht zerstören.
Die zu untersuchende Verbindung (auch "die Gastmoleküle") müssen die richtige Form und Größe haben, um in das Kristallgittes des Wirtes hineinzupassen.
Die Gastmoleküle müssen im Kristallgitter des Wirtes kristallographisch definierte Positionen einnehmen, sie dürfen also nicht ungeordnet im Kristallgitter umherliegen.

Für die Strukturanalyse braucht man dann auch nicht mehr eine makroskopische Menge, sondern wenige Milligramm können genügen. Die Autoren haben dies an den Strukturanalysen von verschiedenen Flavonoiden gezeigt, die sie aus den Fraktionen einer HPLC-Trennung gewonnen haben!

Die verwendeten molekularen Schwämme sind poröse metallorganische Gerüstverbindungen ("MOF"). Die Methode zur Strukturbestimmung mit kristallinen Schwämmen stellt somit eine neuartige und hoch interessante Anwendung der supramolekularen Chemie dar.

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