Christian Methfessel

Chemiker, Musiker, Komponist, Slammer, Tänzer, Webdesigner und Mensch

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Meine Doktorarbeit

Vorheriges Kapitel: Mein Chemie-Studium.

 

Nach meiner Masterarbeit in Spanien bin ich nach Deutschland zurückgekehrt. Dort habe ich - nach einer kurzen Auszeit in der Wirtschaft - mit meiner Doktorarbeit in organischer Chemie begonnen. In der Arbeitsgruppe Prof. Hirsch in Erlangen bin ich bei stark farbigen und natürlich hochinteressanten Molekülen geblieben: den Porpyhrinen und den Perylenen.

Meine Doktorarbeit mit dem Titel "Synthesis and Characterization of Amphiphilic Porphyrin-Perylene Diads: Towards Optoelectronic Membranes in Water" (man merkt: je länger die Forschungszeit, desto komplizierter die Überschrift) ist mittlerweile fertig und wird gerade korrigiert.

 

Ich werde häufiger gefragt, an was ich überhaupt forsche. Ganz einfach: Ich stelle unsymmetrisch substituierte Porphyrine mittels einer optimierten, schrittweisen Vilsmeier-Synthese her. Diese werden dann mit einem (ebenso unsymmetrischen) Perylen über eine lineare, starre Brücke verbunden. Die Synthese und insbesondere die Aufarbeitung des Perylens habe ich im Vergleich zur Literatur noch einmal deutlich verbessern können.

An diese Diade habe ich ein Newkome-Dendron geknüpft, um Wasserlöslichkeit in basischem pH herzustellen. Dadurch ist es mir gelungen, erstmalig eine wasserlösliche Porphyrin-Perylen-Diade herzustellen und ausführlich zu charakterisieren. Dabei konnte ich sowohl einen Elektronen- als auch einen Energietransfer zwischen Porphyrin und Perylen nachweisen.

 

Für die Nicht-Chemiker: Du kennst doch rote Blutkörperchen, oder? Ganz im Zentrum dieses Blutkörperchens steckt ein Porphyrin. Das ist dafür verantwortlich, dass im Blut Sauerstoff von der Lunge zu den Zellen transportiert werden kann und Kohlendioxid zurück. Außerdem kommen Porphyrine z.B. in Chlorophyll, also im Blattgrün vor. Dort kümmern sie sich darum, dass die Sonnenstrahlen aufgenommen und in chemisch verwertbare Energie umgewandelt werden. Porphyrine sind also wirklich wichtige Moleküle.

Perylene hingegen sind erst einmal eines: Knallrot! Du kennst diesen typischen Ferrari-Lack von Autos. Das sind Perylene! Außerdem können Perylene bis zu sechs Elektronen aufnehmen, was sie sehr interessant macht. Insbesondere in Verbindung mit Porphyrinen, die bei Lichteinstrahlung eher Elektronen abgeben.

 

Die nächste Frage ist dann unweigerlich: Ah, okay. Und was macht man dann mit deinen Molekülen?

Die kurze Antwort dazu: Grundlagenforschung.

Wenn du mir erlaubst, etwas zu träumen: Stell dir ein farbiges Pulver vor, welches du in Wasser gibst. Dieses Pulver ordnet sich selbst so an, dass es automatisch eine zweidimensionale (oder möglicherweise auch nanotubulare) Struktur bildet. Einfach so. Reinschütten, pH-Wert anpassen, einmal umrühren, fertig.

Wenn man sich nun vorstellt, dass man hin und wieder mal einen zusätzlichen (nicht von mir hergestellten) Kobaltkomplex (ein sogenannter Katalysator) zwischen die einzelnen Moleküle einfügt (Fachwort: interkaliert), dann wird das ganze noch mal ein ganzes Stück interessanter: Dann würde es nämlich bei Sonneneinstrahlung auf einmal anfangen zu blubbern. Der Katalysator wandelt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff um. Die Energie davon wird von den Porphyrinen in der Membran gebildet und über die Perylene direkt von Molekül über Molekül bis hin zu dem Katalysator geleitet. Meine Moleküle wären also sowohl Umwandler von Sonnenlicht zu elektrischer Energie als auch ein molekularer Leiter. Umgeben von Wasser.

Und da ist der nächste Vorteil von meinen Membranen: Normalerweise bildet sich um die Katalysatoren nämlich innerhalb von kürzester Zeit eine Schicht von Ionen und die Reaktion geht einfach nicht weiter. Mit meinen Molekülen wäre es dann möglich, dass auf der einen Seite der Membran Wasserstoff entsteht, während (mit einem anderen Katalysator) auf der anderen Seite Sauerstoff enstehen könnte. Die Ladung würde durch die Membran transportiert werden und ein Deaktivieren des Katalysators könnte so verhindert werden.

 

Zusammengefasst: Pulver in Wasser, Katalysator dazu, umrühren, in die Sonne stellen und den entstehenden Wasserstoff auffangen. Zack, bumm, Energieprobleme gelöst.

 

Leider ist die ganze Thematik natürlich um einiges komplexer, und die Wahrscheinlichkeit ist sehr hoch, dass die von mir synthetisierten Moleküle dann doch nicht dafür geeignet sind. Aber hey, Grundlagenforschung ist die Spielwiese der Wissenschaftler. Wir werden es nur herausfinden, wenn wir es ausprobieren!

 

Nächstes Kapitel: meine Studenten.