Terpene spielen eine wichtige Rolle für Umwelt, Klima und Gesundheit, sind jedoch analytisch teilweise schwer zu unterscheiden. Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben nun ein neues Sensorsystem auf Basis von Platin-Nanostrukturen entwickelt, mit dem die optische Differenzierung von Terpenen auf molekularer Ebene gelingt.

Terpene sind flüchtige organische Verbindungen, die unter anderem für typische Duftnoten von Pflanzen, Harzen oder Zitrusfrüchten verantwortlich sind. Sie kommen natürlicherweise in der Umwelt vor und beeinflussen chemische Prozesse in der Atmosphäre. In hohen Konzentrationen können sie die Atemwege reizen und zur Bildung gesundheitsschädlicher Folgeprodukte beitragen. Viele Terpene existieren in zwei spiegelbildlichen Formen, sogenannten Enantiomeren, die sich in ihrer Wirkung und Wahrnehmung deutlich unterscheiden können – technisch jedoch nur schwer auseinanderzuhalten sind.

Nanostrukturen auf Platinbasis als Sensoren
Forschende vom Departement Chemie der Universität Basel haben nun einen neuen Ansatz vorgestellt, mit dem sich solche spiegelbildlichen Molekülformen gezielt erkennen lassen. 

«Im Zentrum der Arbeit stand ein speziell entwickeltes Molekül auf Platinbasis, das als Sensormolekül fungiert», erklärt Dr. Annika Huber, Erstautorin und ehemalige Doktorandin der Doktorandenschule des Swiss Nanoscience Instituts. «Das Sensormolekül besitzt eine feste räumliche Form und lagert sich mit vielen gleichen Molekülen zu winzigen stapelartigen Nanostrukturen zusammen, die unterschiedlich auf die zwei spiegelbildlichen Formen der Terpene reagieren.»

Treffen flüchtige Moleküle auf den Sensor, verändert sich die Anordnung der Platinmoleküle. Je nachdem, welches Enantiomer vorliegt, fällt diese Veränderung unterschiedlich aus. Die Forschenden können dies über die Absorption bestimmter Wellenlängen des Lichts im ultravioletten und sichtbaren Bereich messen. 

Die Veränderung des Sensors ist dabei reversibel. Nach der Entfernung der Duftstoffe kehrt er wieder in seinen Ausgangszustand zurück und kann erneut eingesetzt werden. 

Nachweis auch für unpolare und nichtfunktionalisierte Moleküle
Die kürzlich in dem Wissenschaftsjournal «Angewandte Chemie» veröffentlichte Studie belegt, dass sich mit der vorgestellten Methode verschiedene flüchtige Verbindungen unterscheiden lassen, darunter Alkohole sowie einige Terpene. 

«Vor allem ist es uns gelungen, auch unpolare und nicht funktionalisierte Moleküle zu unterscheiden, die mit vielen herkömmliche Sensoren nicht nachweisbar sind», kommentiert Prof. Dr. Oliver Wenger, der zusammen mit Prof. Dr. Christoph Sparr die Arbeit betreut hat.

Der neue Ansatz liefert damit ein grundlegendes Funktionsprinzip für zukünftige Sensorsysteme, die ähnlich wie eine «künstliche Nase» arbeiten könnten. Solche Systeme wären interessant für Umweltanalytik, Qualitätskontrolle oder die Untersuchung atmosphärischer Prozesse – ohne den Einsatz aufwendiger Messgeräte.

Originalpublikation:
Enantiospecific Optical Sensing of Terpenes by an Aggregated Atropisomeric Platinum(II) Complex
Annika Huber, Alessandro Prescimone, Christof Sparr, Oliver S. Wenger
Angewandte Chemie International Edition 
https://doi.org/10.1002/anie.202523522