Kronenether in der curricularen Innovation

Kronenether sind makrozyklische Polyether, die die Eigenschaft besitzen besonders Alkalimetall-Kationen in ihrem Inneren zu binden und damit zu lipophilisieren.

Experimentelle Arbeiten

Experiment 1: Komplexierung – Solubilisierung von Kaliumpermanganat in Anisol durch [18]Krone-6

Kaliumpermanganat sedimentiert in Anisol: Das Salz löst sich nicht in dem organischen Lösungsmittel. Erst durch Zugabe von eines geeigneten Kronenethers wird das Kalium-Ion komplexiert, damit lipophilisiert (= in eine Fetthülle eingepackt) und in Anisol überführbar gemacht. Das Permanganat-Anion folgt dem positiven Komplex aus Gründen der Elektroneutralität.

Durchführung

1. 3 mL Anisol in Schnappdeckelglas vorlegen.
2. Zugabe einer Spatelspitze Kaliumpermanganat. Das Kaliumpermanganat sollte sedimentieren ohne erkennbaren Lösungsvorgang.
3. Zugabe einer kleinen Menge [18]Krone-6 (z.B. Spatelspitze des Feststoffes oder Feststoff in Lösung). Das Kalium-Ion wird durch den Kronenether komplexiert, liphophilisiert und in die Anisolphase transferiert. Das Permanganat-Anion folgt aus Gründen der Elektroneutralität.

Experiment 2: Dekomplexierung

1. Man stellt eine wässrige 1 M CaCl₂-Lösung her.
2. Man stellt eine 10 mM Dibenzo[18]Krone-6-Lösung in Anisol her.
3. Man legt 2,5 mL Anisol in einem Schnappdeckelglas vor, gibt hierzu eine Spatelspitze Kaliumpermanganat und dazu 1 mL der Dibenzo[18]Krone-6-Lösung. Die Konzentration der Dibenzo[18]Krone-6-Lösung verringert sich dabei auf etwa 3 mM. Man erhält eine lilafarbene anisolische Dibenzo[18]Krone-6-Kaliumpermanganat-Lösung.
4. Es werden 2 mL der CaCl₂-Lösung in einem Reagenzglas vorgelegt und mit 2 mL der anisolischen Dibenzo[18]Krone-6-Kaliumpermanganat-Lösung überschichtet.
5. Das Reagenzglas wird einem Stopfen verschlossen und kräftig geschüttelt. Beim Schütteln wird das Kaliumpermanganat in die wässrige Phase extrahiert. Der Kronenether verbleibt in der organischen Phase. Das Kalium-Ion wird an der Phasengrenze aus dem Kronenehter-Komplex in Freiheit gesetzt (Dekomplexierung). Das Permanganat-Anion folgt in die wässrige Phase.

Experiment 3: Komplexierung-Dekomplexierung: Ionentransport in einer TicTac-Dose als Zellmodell

Schritt 1: Bau eines Low-cost-U-Rohr

1. Es werden vier Heißklebestifte (Durchmesser 11 mm) mit Heißkleber zu einem 2×2-Array verklebt. Man wartet, bis der Heißkleber vollständig getrocknet ist.
2. Das Array wird mittig in eine große Tictac-Dose gesteckt. Es entsteht eine eckige u-förmige Aussparung in der Dose. Das Array ist ein wenig zu groß für die Tictac-Dose ist: Es beult die Dose geringfügig aus und gewährleistet somit, dass die Konstruktion dicht ist.

Schritt 2: Durchführung

1. Das Low-cost-U-Rohr wird mit 8 mL Benzoesäuremethylester gefüllt.
2. Ein Schenkel des U-Rohrs wird mit 2,5 mL destilliertem Wasser gefüllt, der andere vorsichtig mit 2,5 mL einer wässrigen 0,1 M Kaliumpermanganat-Lösung.
3. Unter der Wasserphase bringt man einen Rührmagneten (10 x 6 mm) an.
4. Die Dose wird so auf einen Magnetrührer gestellt, dass der Magnet in der Dose sich in der Mitte des Magnetrührers befindet. Die aus der Dose ragenden Klebestifte können mit Stativmaterial fixiert werden, sodass die Dose den nötigen Halt besitzt.
5. Der Magnetrührer wird angeschaltet.
6. Es werden mit einer 1 mL-Spritze mit langer Kanüle 1 mL einer Lösung von [18]Krone-6 in Benzoesäuremethylester (c = 0,4 M) aufgezogen.
7. Die [18]Krone-6-Lösung wird knapp unter die KMnO₄ (aq)/ Benzoesäuremethylester-Grenzfläche in der TicTac-Dose injiziert. Es findet ein Phasenübertritt des Kaliumpermanganats in die Benzoesäuremethylester-Phase statt (Komplexierung). Innerhalb von etwa 1 min breitet sich das Permanganat unter dem Einfluss des Rührens in der organischen Phase aus und geht in dem anderen Schenkel in die wässrige Phase über (Dekomplexierung), woraufhin sich die wässrige Phase färbt.

Diese Experimente entstanden im Rahmen der Doktorarbeit von: