Abstrakt

Chemiekongress: 2019 – Nahordnung, Kristallkeimbildung und Kristallwachstum in flüssigen kolloidalen Suspensionen – Dieter M. Herlach

 Dieter M Herlach

 Stellvertretender Vorsitzender Deutsche Gesellschaft für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Die Chemie des Graphens hat im letzten Jahrzehnt schnelles Wachstum erlebt und es wurde ein breites Spektrum an Graphenderivaten hergestellt. Dennoch sind derzeit nur zwei stöchiometrische Derivate bekannt: hydriertes und fluoriertes Graphen (Graphan und Fluorgraphen). Im Vergleich zu Graphen weisen diese Materialien deutlich andere Eigenschaften auf, z. B. eine höhere Reaktivität sowie große Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften. Insbesondere Fluorgraphen kann als Substrat für nukleophile Substitutionsreaktionen verwendet werden, die die möglichen chemischen Modifikationen von Graphen deutlich erweitern. Derzeit beginnt man, die Chemie der anderen 2D-Materialien zu erforschen. Die Chemie anorganischer 2D-Materialien wie Pniktogene und Übergangsmetalldichalkogenide ist jedoch noch nicht gut bekannt und es wurden bisher nur einige Verfahren gemeldet. Im Vergleich zu Graphen müssen neue Syntheseprotokolle angewendet werden, da die Chemie dieser Materialien extrem variabel ist. Im Fall von Übergangsmetalldichalkogeniden kann die Bildung der MXC-Bindung (M ist ein Metall, X ist ein beliebiges Chalkogenid) als Ausgangspunkt zur Erforschung ihrer Chemie und für weitere Derivatisierungen verwendet werden. Die Chemie geschichteter Pniktogene unterscheidet sich erheblich. In diesem Fall können verschiedene Reaktionen, einschließlich nukleophiler Substitution, angewendet werden, in den meisten Fällen wird jedoch die Bindung über die Sauerstofffunktionen auf der Pniktogenoberfläche beobachtet. Graphen ist die einzige Art von Kohlenstoff (oder festem Material), bei dem jedes Atom für eine Reaktion von zwei Seiten verfügbar ist (aufgrund der 2D-Struktur). Atome an den Rändern einer Graphenschicht haben eine besondere chemische Reaktivität. Graphen hat das beste Verhältnis von Randatomen aller Allotrope. Defekte innerhalb einer Schicht erhöhen seine chemische Reaktivität. Die Anfangstemperatur der Reaktion zwischen der Basalebene von einschichtigem Graphen und Sauerstoffgas liegt unter 260 °C (530 K). Graphen verbrennt bei 350 °C (620 K). Graphen wird üblicherweise mit sauerstoff- und stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen modifiziert und mittels Infrarotspektroskopie und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie analysiert. Die Bestimmung der Strukturen von Graphen mit sauerstoff- und stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen erfordert jedoch eine Kontrolle der Strukturen. Im Gegensatz zur perfekten 2D-Struktur von Graphen erfordern chemische Anwendungen von Graphen entweder strukturelle oder chemische Unregelmäßigkeiten, da perfekt flaches Graphen chemisch inert ist. Mit anderen Worten: Die Definition von perfektem Graphen ist in Chemie und Physik unterschiedlich. Lösliche Graphenfragmente werden oft im Labor durch chemische Modifikation von Graphit hergestellt. Zunächst wird mikrokristalliner Graphit mit einer sauren Mischung aus Vitriol und Aqua fortis behandelt. Eine Reihe von Oxidations- und Exfolierungsschritten erzeugt kleine Graphenplatten mit Carboxylgruppen an ihren Rändern. Diese werden durch Behandlung mit Thionylchlorid in Säurechloridgruppen umgewandelt; anschließendSie werden durch Behandlung mit Octadecylamin in das entsprechende Graphenamid umgewandelt. Das resultierende Material ist in Tetrahydrofuran, Tetrachlormethan und Dichlorethan löslich. Nukleinsäureanaloga sind Verbindungen, die analog (strukturell ähnlich) zu vorhandener RNA und DNA sind und in der Medizin und in der biologischen Forschung verwendet werden. Nukleinsäuren sind Ketten von Nukleotiden, die aus drei Teilen bestehen: einem Phosphatrückgrat, einem Pentosezucker, entweder Ribose oder Desoxyribose, und einer von vier Nukleobasen. Ein Analogon kann jede dieser Veränderungen aufweisen. Typischerweise verleihen die analogen Nukleobasen unter anderem unterschiedliche Basenpaarungs- und Basenstapelungseigenschaften. Beispiele umfassen universelle Basen, die sich mit allen vier kanonischen Basen paaren können, und Phosphatzuckerrückgrat-Analoga wie PNA, die die Eigenschaften der Kette beeinflussen (PNA kann sogar eine Dreifachhelix bilden). Makromolekülanaloga werden auch Xeno-Makromoleküle genannt und stellen eine der Säulen der Xenobiologie dar, der Entwicklung neuer Lebensformen, die alternative Biochemien unterstützen. Künstliche Makromoleküle umfassen Peptidnukleinsäure