Revolutionäre Moleküle: schaltbare Chiralität in bioinspirierten Doppelhelices entdeckt

BerlinForscher der Tokyo University of Science haben eine bedeutende Entdeckung gemacht: Sie haben einen neuen Molekültyp namens double-helical Monometallofoldamers entwickelt. Diese Moleküle sind formveränderlich, was sie äußerst nützlich macht. Sie sind stabil und lassen sich leicht steuern. Diese Entdeckung könnte zahlreiche neue Anwendungen ermöglichen, wie etwa die Schaffung von Materialien mit anpassbaren Eigenschaften und die Entwicklung neuer Systeme zur molekularen Informationsverarbeitung.

Die Innovation umfasst einen Komplex mit einem einzelnen Metallion im Zentrum von Helices. Diese Struktur kann ihre Windungsrichtung ändern, entweder nach links oder rechts, je nach verwendetem Lösungsmittel. Diese Eigenschaft ermöglicht die Herstellung von Materialien mit spezifischen chiralischen Eigenschaften, die von äußeren Bedingungen abhängen.

Schlüsselfunktionen dieser Monometallofoldamere umfassen:

• Schaltbare Helizität in Anwesenheit achiraler Lösungsmittel
• Hohe Stabilität und Anpassungsfähigkeit
• Potenzial zur Replikation und Weitergabe chiralischer Eigenschaften

Dieser Durchbruch stellt einen bedeutenden Fortschritt bei chiralen Materialien dar. Herkömmliche spiralförmige Moleküle können ihre Drehrichtung in der Regel nicht leicht und kontrolliert umkehren. Diese Entdeckung könnte neue Methoden zur Verwaltung komplexer Strukturen ermöglichen, ähnlich wie bei DNA, jedoch mit potenziell besseren Eigenschaften.

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Prof. Hidetoshi Kawai und sein Team nutzten L-förmige Einheiten, um helikale Strukturen zu erzeugen. Mithilfe der Röntgenkristallographie stellten sie fest, dass diese Strukturen eine Doppelhelix mit einem Zinkkation im Zentrum bilden. Ihre Forschung zeigte, dass sich diese Helices bei hohen Temperaturen entfalten und bei niedrigeren Temperaturen wieder zusammenfalten können, was auf eine dynamische Stabilität hinweist.

Diese Erkenntnisse haben praktische Anwendungen. In unpolaren Lösungsmitteln wie Toluol, Hexan oder Diethylether bilden die Helices eine linkshändige Form (M-Form). In Lewis-Basen wie Aceton oder DMSO wechseln sie zur rechtshändigen Form (P-Form). Das Hinzufügen von chiralen Ketten zu einem Strang der Helix kann diese Chiralität auf einen nicht-chiralen Strang übertragen und das chirale Signal verstärken.

Diese chirale Schalt- und Übertragungsfähigkeit eröffnet viele spannende Anwendungsmöglichkeiten:

• Entwicklung fortschrittlicher chiral-sensitiver Sensoren
• Erschaffung von Materialien mit umschaltbaren optischen Eigenschaften
• Innovative Ansätze für molekulare Informationsverarbeitungssysteme

Die Kontrolle über die Form von Molekülen kann zur Schaffung von organisierten Systemen führen, die der Natur ähneln. Dies kann Fortschritte in der Materialwissenschaft und synthetischen Biologie ermöglichen. Diese Entdeckung ist ein bedeutender Schritt zur Entwicklung künstlicher Molekülsysteme, die ebenso gut funktionieren wie natürliches DNA.