Molekulare Kapseln durch Selbstorganisation in Wasser

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In diesem Projekt soll ein neues Konzept zum Design molekularer Kapseln verwirklicht werden: Komplementäre, möglichst gut vororientierte, rigide Halbschalen sollen hauptsächlich aufgrund von elektrostatischen Wechselwirkungen eine starke und hochgeordnete Selbstorganisation zu 1:1-Komplexen mit der Geometrie einer Hohlkugel eingehen. Dabei sollen die einzelnen Bauelemente jeweils nur positive oder negative Ladungen an ihrer Peripherie tragen, die sich mit dem jeweiligen Pendant automatisch zu einem Netzwerk von alternierenden positiven und negativen Ladungen zusammensetzt. Diese multiplen elektrostatischen Wechselwirkungen sollen eine starke Bindung auch in Wasser gewährleisten. Der relativ unpolare Innenraum der so erzeugten Kapseln soll vor allem durch hydrophobe und von-der-Waals-Wechselwirkungen, die ionische Nahtstelle aber auch durch Wasserstoffbrücken polare organische Gastmoleküle aufnehmen, die in Wasser stark festgehalten und transportiert werden können. Die Entstehung der Einschlußkomplexe sowie ihre kinetische und thermodynamische Stabilität sollen mit modernen Methoden nachgewiesen und quantitativ bestimmt werden. Als Gäste können kleine aliphatische und (hetero)aromatische Moleküle dienen. Es soll untersucht werden, mit welchen nichtkovalenten Wechselwirkungen die unterschiedlichen Gäste vorwiegend gebunden werden und wie sich das empfindliche Gleichgewicht zwischen Komplexbildungsenthalpie und -entropie jeweils einstellt. Unter anderem soll die Verkapselung von Medikamenten, Kosmetika und Sensoren geprüft werden, und die damit im Zusammenhang stehenden Fragen des Schutzes von empfindlichen eingelagerten Substanzen vor Oxidation, Hydrolyse oder Verdampfung geklärt werden. Der Transport von Sensormolekülen oder Medikamenten an ihren Einsatzort und ihre langsame (retard) oder auch schnelle, gezielte Freisetzung sollen schließlich Gegenstand erster Vorversuche in Richtung auf industriell interessante Anwendungen der molekularen Kapseln sein.