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Nobelpreis für Chemie: Maschinen aus einzelnen Molekülen

Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart und Bernard L. Feringa werden für die Konstruktion molekularer Maschinen geehrt – vielleicht der Beginn einer neuen technologischen Ära.
B. Feringa, J. Fraser Stoddart und J.-P. Sauvage, Chemie-Nobelpreisträger 2016

Ben Feringa hat das Rad neu erfunden. Im Jahr 2011 präsentierte er ein nur wenige Nanometer großes "Auto", das aus einem einzelnen Molekül bestand. Angetrieben von Stromstößen aus einem Rastertunnel­mikroskop rollte es auf vier molekularen "Rädern" über eine Metalloberfläche. Das Konstrukt mag wie eine Spielerei anmuten, aber es markiert in den Augen vieler Fachleute eine technische Zeitenwende von ähnlicher Bedeutung wie die frühen Computer. Es handelt sich um eine der ersten molekularen Maschinen. Moleküle, die ihre räumliche Gestalt ändern und dadurch Entscheidendes bewirken, gab es bisher nur in lebenden Zellen, während die Chemiker die Form ihrer Produkte nicht zielgerichtet verändern konnten. Nun gerät die Sache in Bewegung.

Das Prinzip des Nanoantriebs hatte Feringa schon mehr als ein Jahrzehnt zuvor demonstriert: 1999 entwickelte er ein unscheinbares Molekül aus zwei Dreiringen, die über eine Doppelbindung verbunden sind. Dessen revolutionäre Eigen­schaften: Es ist so konstruiert, dass die beiden Dreiringe um die verbindende Doppelbindung rotieren, wenn man Energie zuführt – und zwar ausschließlich in eine Richtung. Feringas Maschine, die später in vierfacher Ausfertigung sein molekulares Auto antrieb, war der erste molekulare Motor von Menschenhand mit einer rotierenden Welle.

Ungefähr zur gleichen Zeit forschten Jean­-Pierre Sauvage und J. Fraser Stoddart an Konstruktionen, die auf einem völlig anderen Prinzip basierten: der topologischen Verstri­ckung. Gemeint sind damit zum Beispiel zwei ineinander­ hängende Ringmoleküle. Die Partner sind nicht chemisch aneinander gebunden, sondern aus mechanischen Gründen unzertrennlich, aber gleichwohl eingeschränkt gegeneinan­der beweglich. ...

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  • Quellen

Kudernac, T. et al.: Electrically Driven Directional Motion of a Four-Wheeled Molecule on a Metal Surface. In: Nature 479, S. 208 – 211, 2011

Peplow, M.: The Tiniest Lego: A Tale of Nanoscale Motors, Rotors, Switches and Pumps. In: Nature 525, S. 18 – 21, 2015