Nanoskopische Maschinen Verzahnen Chemische Strukturen (NanoMECHs)

• Antragsteller: Dr. Michael Kathan
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527220272

Biologische molekulare Maschinen fungieren in der Natur als „Miniaturfabriken“ und verrichten lebensnotwendige Aufgaben in vielerlei Organismen, wie zum Beispiel die Bildung von Energieträgern, den Transport von Zell-Cargo oder das Assemblieren von Biopolymeren in sequenz-spezifischer Reihenfolge. Am Ende des letzteren biologischen „Montagebandes” befinden sich Chaperone und Topoisomerasen, um Proteine und DNA präzise zu falten und verwickeln; dieser finale Formungsprozess ist essentiell wichtig, um eine korrekte Funktion dieser Biomakromoleküle zu gewährleisten. Obwohl moderne Synthesechemie die Bildung von Makromolekülen mit genauem Inhalt und Sequenz an Monomeren erlaubt, gestalten sich Methoden zur gezielten Modellierung der dreidimensionalen Form bzw. Topologie von Polymeren mit beliebiger chemischer Zusammensetzung bisher als überaus schwierig. Das Ziel dieses Projektes ist es, künstliche molekulare Maschinen zu entwickeln, konstruieren und studieren, die aktiv (Makro)-Moleküle mit variabler chemischer Struktur biegen, verwickeln und verknüpfen können, um dadurch verzahnte chemische Strukturen und molekulare Topologien zu erzeugen, die durch moderne Synthesemethoden bisher nicht zugänglich sind. Das Bereitstellen von nanoskopischen Synthesewerkzeugen zur Formung der dreidimensionalen Struktur von Molekülen ermöglicht es Wissenschaftlern bisher unzugängliche Moleküle darzustellen und zeigt dadurch einen neuen Weg auf, um mit Materie auf molekularer Ebene zu interagieren: so können, unter anderem, Moleküle mechanisch miteinander verbunden, die Eigenschaften von Polymeren, ohne deren chemische Zusammensetzung zu ändern, kontrolliert oder chemische Bindungen mechanisch aktiviert/gebrochen werden. Diese einzigartige Ergänzung zum “Werkzeugkasten” des Chemikers hat das Potential den Design-Spielraum für funktionale Materialien und Moleküle zu erweitern, da dadurch die Erkundung unbekannten Territoriums in der Chemie und Nanotechnology ermöglicht wird.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen