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Chemie: Nacktes Wasser im Käfig

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Japanische Chemiker haben ein einzelnes Wassermolekül in dem Buckminster-Fulleren C60 eingeschlossen. Sie schnitten dazu auf chemischem Wege eine Öffnung in das Käfigmolekül, brachten ein Wassermolekül in den Hohlraum ein und verschlossen die Öffnung wieder. Auf diese Weise erhielten Kei Kurotobi und Yasujiro Murata von der Universität Kyoto ein "nacktes" Wassermolekül, das nicht durch eine Wasserstoffbrücke oder koordinativ gebunden ist.

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Buckyball | Fullerene stellen neben Graphit und Diamant eine dritte Erscheinungsform elementaren Kohlenstoffs dar.
Fullerene, in denen Atome eingeschlossen sind, kennt man seit einiger Zeit. Man erzeugt sie, indem man Fullerene unter hohen Drücken und Temperaturen mit Edelgasen behandelt, mit Metallionen beschießt oder das Fremdatom gleich bei der Herstellung des Fullerens im Lichtbogen mit einbaut. Ein Molekül wie Wasser jedoch bekommt man nur in den Käfig, wenn man ihn gezielt öffnet und wieder schließt. Kurotobi und Murata öffneten durch chemische Reaktionen ein Loch im Käfig, das von 13 Kohlenstoffatomen begrenzt wird. Durch einen Druck von 9000 bar zwangen sie anschließend ein Wassermolekül in die Höhlung und verschlossen diese dann wieder in nur zwei Reaktionsschritten mit Hilfe eines Phosphitesters als Katalysator.

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Wasser im Fulleren | Räumliche Darstellung des H2O@C60: Das Wassermolekül sitzt im inneren Hohlraum des kleinsten Fullerens.
Unter normalen Bedingungen ist Wasser praktisch immer auf irgendeine Weise chemisch gebunden; in den meisten Fällen durch eine Wasserstoffbrückenbindung an andere Wassermoleküle oder organische Substanzen, in anderen Fällen koordinativ an Metalle. Mit der neuen Einschlussverbindung eröffnet sich eine seltene Möglichkeit, die Eigenschaften von Wasser ohne diese Einflüsse zu beobachten. Außerdem lassen sich mit dieser Methode beliebige Moleküle in den Käfig sperren, sofern sie nur hineinpassen. (lf)

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  • Quellen
Science 333, S. 613–616, 2011

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