On the Far Side of the Marchlands - Ausstellung in der Schering Stiftung

 

Schering Preis 2010

Dr. Wei Jiang

Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin

"Supramolekulare Synthese durch Integrierte Selbstsortierung"

Dr. Wei Jiang vom The Skaggs Institute for Chemical Biology (MB26), The Scripps Research Institute in San Diego, Kalifornien, erhält den Schering Preis 2010 für seine Dissertation zum Thema „Supramolekulare Synthese durch Integrierte Selbstsortierung”, die er von 2007 bis 2011 in der Gruppe von Professor Dr. Christoph A. Schalley am Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin anfertigte. Er entwickelte dabei neue Methoden der supramolekularen Selbstorganisation von Aggregaten mit niedriger Symmetrie mittels Massenspektrometrie.

Supramolekulare Synthese durch Integrierte Selbstsortierung

Im Allgemeinen basieren komplexe Funktionen auf komplexen Strukturen. In der makroskopischen Welt sind Gegenstände und Maschinen aus vielen verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt, die im Zusammenspiel komplexe Funktionen ausführen. Das gleiche trifft auch auf die meisten funktionalen Aggregate auf molekularer Ebene zu. Ein tiefergehendes Verständnis der grundlegenden Organisationsprinzipien dieser Aggregate könnte Chemiker in die Lage versetzen, komplexere synthetische Aggregate zu erzeugen, die als molekulare Maschinen und sogenannte “smart materials” funktionieren.

Während seiner Doktorarbeit entwickelte Wei Jiang eine Strategie der integrativen Selbstsortierung, die verschiedene bekannte Konzepte der Supramolekularen Chemie aufgreift – Selbstorganisation, Multivalenz, Templateffekte und Selbstsortierung. Seine Strategie übertrug einfache Fälle der Selbstsortierung auf ein gut definiertes supramolekulares Aggregat und konnte so einen modularen, programmierbaren Ansatz und Zugang zu höherer struktureller Komplexität und Diversität bieten.

Mit zwei verschiedenen Sets supramolekularer Bindungsmotive – einem in Wasser und einem in organischer Lösung – demonstrierte er erfolgreich die Tragfähigkeit dieser Strategie. In Anlehnung an letzteres Set wurden verschiedene Pseudorotaxane konstruiert, die zeigen, dass strukturelle Diversität mit dieser Strategie leicht zugänglich gemacht werden kann.

Gleichwohl stellt die hohe strukturelle Komplexität und geringe Symmetrie dieser Pseudorotaxane eine Herausforderung für gewöhnliche Analysetechniken dar. Obwohl die NMR-Spektroskopie weiterhin für die Charakterisierung von Architekturen einer gewissen Komplexität genutzt werden kann, erwies sich die Tandem-Massenspektrometrie als besonders geeignet für die Analyse der Strukturen und Bindungen innerhalb dieser Architekturen.

Darüber hinaus wurde die Bildungskinetik dieser Strukturen mithilfe einer Kopplung eines "Mixed-Flow"-Mikroreaktors an ein Massenspektrometer untersucht. Detaillierte Kenntnisse dieser Bildungskinetik belegen das Auftreten kinetischer Pfadselektionen bei der Bildung der Pseudorotaxane und ermöglichen wiederum das Design eines direkten und produktiven Bildungs- und Einfädelungsweges, mit dem thermodynamische Produkte mit hoher Effizienz hergestellt werden können.

Abschließend hat diese Forschungsarbeit mit der Strategie der integrativen Selbstsortierung eine allgemeine Methode aufgezeigt, komplexe supramolekulare Strukturen nicht-kovalent zu synthetisieren und damit die strukturelle Grundlage für komplexe supramolekulare Funktionen geschaffen.

Schering Preis 2010 und Bohlmann-Vorlesung 2011
14. Oktober 2011, 16 Uhr s.t.
Technische Universität Berlin
Hörsaal C 130 (altes Chemiegebäude)
Straße des 17. Juni 115
10623 Berlin

 

Schering Preisträger 2010

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