Wissenschaft + Forschung

Über 20 Jahre lang versuchte ein saarländischer Forscher, einen Silicium-Aromaten herzustellen. Den Durchbruch reichte er bei Science ein – am selben Tag wie die Konkurrenz aus Japan.Der wohl bekannteste Sandwich-Komplex Ferrocen besteht aus einem Eisen-Zentralatom und zwei Cyclopentadienid-Liganden, also aromatischen Kohlenstoffringen. Nun haben Forschende einen solchen Ring aus Silicium statt Kohlenstoff hergestellt (Si5R5−; R = Aryl), koordiniert an ein Lithiumion. Die Verbindung ist aromatisch, nach einem Cyclopropenium-Analog (Si3R3+; R = Silyl) der zweite aromatische Siliciumcyclus überhaupt.Der korrespondierende Autor der Studie, David Scheschkewitz von der Universität des Saarlandes, sagt, bereits als Habilitand habe er das Ziel gehabt, die Verbindung herzustellen. „Als [mein Doktorand] Ankur mir sein eher zufällig erhaltenes Ergebnis zeigte, war das nach gut 20 Jahren vergeblicher Bemühungen schon schockierend. Ich hätte mir aber nicht im Traum vorstellen können, dass irgendjemand gleichzeitig die gleiche Verbindung erhalten hat.“Eine Gruppe um Takeaki Iwamoto aus Sendai, Japan, hatte ihre Ergebnisse in derselben Ausgabe von Science publiziert, allerdings hergestellt aus einem anderen Edukt. Anders als Kohlenstoff bildet Silicium normalerweise vor allem Netzwerke und Cluster, die von Einfachbindungen zusammengehalten werden. Um einen Aromaten herzustellen, bedienten sich beide Teams desselben Tricks: Isopropylsubstituenten zwingen die Substituenten in eine Struktur, bei der sie Mehrfachbindungen ausbilden. Die Gruppen charakterisierten den Siliciumring rechnerisch, röntgenkristallographisch und in Lösung. Dieser ist quasiplanar und aromatisch, alterniert jedoch schnell zwischen nichtplanaren Isomeren.Die Einreichung am selben Tag war indes kein Zufall: Scheschkewitz hatte im Sommer 2025 bei einer Tagung in Graz Teile der Ergebnisse vorgestellt, wo ihn Iwamoto ansprach, der an ähnlichen Molekülen arbeitete. Scheschkewitz zufolge vereinbarten sie, ihre Ergebnisse gleichzeitig einzureichen, aber diese vorher nicht auszutauschen. Die Ergebnisse von Iwamotos Gruppe sah er demnach erst am Tag der <link href="#nadc20264157821-fig-0001">Veröffentlichung. LB<figure xml:id="nadc20264157821-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4gb3hm4tpz07ur1p2zyapp"><figcaption><label>Abb.1: </label>Ein Siliciumcyclopentadienid, stabilisiert durch sterisch anspruchsvolle Reste.</figcaption></figure></figure><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264157821-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264157821-bib-0001">1 Science, doi: 10.1126/science.aed0168</li><li xml:id="nadc20264157821-bib-0002">2 Science, doi: 10.1126/science.aed1802</li></ul>

Artikel

Ein aromatischer Silicium‐Fünfring

Interskriptum

Erstens kommt es anders und zweitens, als man denkt. Als wir im Januar 2019 im neuen Layout an den Start gingen, hätte ich geschworen, dass dies der letzte Print-Rebrush, die letzte Aufhübschung der gedruckten Nachrichten aus der Chemie bliebe.So kann man sich täuschen. Heute, im Jahr 2026, sind wir online voll dabei, ob in GDCh-App, Wiley Online Library oder als E-Paper auf der GDCh-Website – aber die gedruckten Nachrichten sind immer noch weit davon entfernt, im analogen Regal zu verstauben.Doch weil man sich nach sieben Jahren an Vielem satt gesehen hat, ist es mal wieder Zeit für einen Rebrush. Den ziehen wir diesmal aber anders auf. Nicht mit großem Tamtam und von einem Heft aufs andere erscheinen die Blauen Blätter im neuen Gewand, nein, diesmal wollen wir evolutiv vorgehen, in jeder Ausgabe andere Dinge ändern und von diesen immer jeweils ein bisschen mehr als im Heft zuvor. Auch was ausprobieren – und vielleicht wieder einen Schritt zurückgehen, wenn sich die ein oder andere Idee dann als nicht so gut wie erhofft entpuppt. Schaun mer mal.Auch der Redakteur ist ein Gewohnheitstier, und so fällt das Loslassen manchmal schwer. Nehmen wir zum Beispiel mal die Kopf- und Dachzeilen. Die sind ein Instrument zur Lesendenführung. Die Kopfzeile steht ganz oben über einer jeweiligen Seite und zeigt bei uns traditionell die Rubrik an; die Dachzeile steht über dem Titel und definiert diesen thematisch näher. Aber wie man es auch macht, irgendwo gibt es immer Unschärfen und Inkonsistenzen. Ganz zu schweigen davon, dass ich mir nie merken kann, was die Kopf- und was die Dachzeile ist. „Kopf steht höher als Dach“, habe ich mir mal irgendwo aufgeschrieben. Und so ist es schnell Konsens in der Redaktion: Wenn selbst der Chef nach 18 Jahren eine solch bescheuerte Eselsbrücke braucht, wäre das doch ein guter Zeitpunkt, um prinzipiell an die Sache ranzugehen.Die Diskussion wogt hin und her. Neue oder mehr Farben, feinere Unterrubrizierung mit anderen Infos in den Kopf- und Dachzeilen – oder einfach: komplett hinfort damit? Ich gebe zu: Alles auf den Prüfstand zu stellen und neu zusammenzusetzen macht einfach Spaß. Ob wir später mit dem gefundenen Konsens zufrieden sind? Unser schärfster Kritiker soll nämlich sein: wir selbst im Folgemonat.Im Interskriptum schreibt Nachrichten-Chefredakteur Christian Remenyi über Chemisches und Komisches – und was sich sonst noch so im Zettelkasten der Redaktion findet. <a href="mailto:nachrichten@gdch.de">nachrichten@gdch.de</a>

Meinungsbeitrag

Kopf und Dach

Google Deepmind hat eine Studie zu seinem KI-Modell Alphagenome veröffentlicht. Dieses sagt voraus, wozu Gensequenzen dienen. Forschende finden das Werkzeug nützlich, üben jedoch Kritik.Dieser Selbsttest setzt tiefer an: Alphagenome untersucht Erbgut-Sequenzen auf elf unterschiedliche Eigenschaften. Das Modell sagt etwa vorher, welche RNA-Abschnitte das Erbgut bildet und welche Genvarianten durch Mutationen entstehen würden. Bis zu 1 Million Basenpaare untersucht das Modell auf einmal. Zum Vergleich: Das Genom des Menschen enthält etwa 3,2 Milliarden davon. Anders als Alphafold, das ein klar umrissenes Problem löst – nämlich Proteinstrukturen vorherzusagen –, hilft Alphagenome, komplexe regulatorische Prozesse im Genom zu interpretieren. Dazu hat die KI an öffentlich zugänglichen Menschen- und Mausgenomen trainiert, deren Eigenschaften zuvor experimentell ermittelt wurden.Das Science Media Center hat Forschende gebeten, das Modell einzuschätzen: Den Expert:innen zufolge erleichtere Alphagenome Forschenden die Arbeit, indem es viele Analysemethoden vereint und darin teils besser ist als Spezialsoftware. Effekte lassen sich über größere Genabschnitte modellieren als bisher.Christian Schaaf, Direktor des Instituts für Humangenetik des Universitätsklinikums Heidelberg, schätzt das Modell als Forschungswerkzeug, erwartet aber nicht, dass es sofort eingesetzt wird, um etwa Krankheiten zu diagnostizieren. Klaus Meyer, Leiter für Plant Genome and Systems Biology am Helmholtz-Zentrum München, hält es für realistisch, das Modell künftig auf Nutzpflanzen wie Reis oder Weizen anzuwenden, denn für diese gebe es viele Daten.Nichtkommerziell Forschende können über eine Programmierschnittstelle auf das Modell zugreifen. Jedoch kritisieren die befragten Expert:innen, es sei wissenschaftlich bedenklich, dass die teure und knappe Hardware bei einer privaten Firma steht. Dies könne Zugang, Transparenz und Reproduzierbarkeit einschränken. LB<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264157455-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264157455-bib-0001">1 Nature, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1038/s41586-025-10014-0">10.1038/s41586-025-10014-0</accessionid></li></ul>

KI‐Modell versteht lange DNA‐Abschnitte

Irrlichter, die sagenumwobenen Lichtkugeln über Mooren, beflügeln die Fantasie von Künstlern, Literaten – und Forschenden. Ein Team aus Stanford glaubt, nun eine Erklärung für Irrlichter gefunden zu haben und ein neues Gebiet der Chemie gleich mit.Seit Jahrhunderten <link href="#nadc20264156331-fig-0001">geben spukhafte Leuchterscheinungen in Mooren den Menschen Rätsel auf. In manchen Erzählungen sind Irrlichter die verlorenen Seelen ungetauft verstorbener Kinder oder im Moor ertrunkener Wanderer, in anderen das Werk böser Naturgeister. Wer ihnen folgt, wird ins Verderben gelockt.<figure xml:id="nadc20264156331-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fuvpj47yi06ulj7sbsahu"><figcaption><label>Abb.1: </label>Ein Irrlicht lockt einen Wanderer tief in den Wald – aus dem er mutmaßlich nie zurückkehren wird. Auf seinem Gemälde von 1862 personifiziert der Schweizer Symbolist Arnold Böcklin das Irrlicht als weibliches Geistwesen. Bild: Arnold Böcklin, Das Irrlicht, 1862 (Ausschnitt), © Museum Georg Schäfer, Schweinfurt</figcaption></figure></figure>Auch in Goethes Faust weist ein Irrlicht, eine trügerische und spukhafte Erscheinung also, Faust und Mephisto in der Walpurgisnacht den Weg zum Hexensabbat auf dem Blocksberg – hinein in eine Gegenwelt voller Lasterhaftigkeit und Verwirrung.<h2 type="main">Gibt es sie wirklich?</h2>So selten und mysteriös sind diese Leuchterscheinungen, dass Naturwissenschaftler:innen lange Zeit zweifelten, ob sie überhaupt ein natürliches Phänomen darstellen – oder nicht doch der Fantasie entsprungen sind.Dann aber machte ein Mann mit ihnen Bekanntschaft, dessen Zuverlässigkeit über jeden Zweifel erhaben war: der Astronom Friedrich Wilhelm Bessel. In den frühen Morgenstunden des 2. Dezember 1807 beobachtete er während einer Bootsfahrt auf dem kleinen Fluss Wörpe, der sich nahe Bremen durch ein Moor schlängelt, „zahlreiche Flämmchen, welche über einem an vielen Stellen mit stehendem Wasser bedeckten Grunde entstanden, und, nachdem sie einige Zeit geleuchtet hatten, wieder verschwanden“.Über seine zufällige Beobachtung schrieb er einen Aufsatz und veröffentlichte ihn in den Annalen der Physik. Die Farbe der Flämmchen sei bläulich gewesen, schrieb er, ihre Lichtstärke sehr gering, ihre Zahl erreichte mehrere Hundert. „Oft blieben die Flämmchen in unveränderter Stellung; oft nahmen sie eine Bewegung in horizontaler Richtung an.“ Einer der Männer auf dem Boot, erinnerte sich Bessel, habe ihre Bewegungen mit „scharenweise ziehenden Wasservögeln“ verglichen.Seither stand fest: Irrlichter gibt es tatsächlich. Doch wie sie entstehen, blieb weiterhin ein Rätsel. Die Vermutung liegt nahe, dass die Flämmchen beim Verbrennen von in Mooren verbreiteten Faulgasen wie Methan entstehen. Doch die Aktivierungsbarriere solcher Verbrennungsreaktionen ist hoch. Welche natürlichen Prozesse setzen genug Energie frei, um sie zu überwinden?Mehr als 200 Jahre nach Bessels Beobachtung glaubt nun ein Forschungsteam um den Physikochemiker Richard Zare von der Stanford University, das Rätsel gelöst zu haben.<h2 type="main">Die Chemie der Wassertropfen</h2>Die US-Forschenden setzen bei Beobachtungen an, die ebenfalls aus dem 19. Jahrhundert stammen: Wie der deutsche Physiker Philipp Lenard um 1890 herausfand, tragen kleine Wassertröpfchen eine negative Ladung, wenn sie von größeren Tröpfchen abreißen – beispielsweise in einem Wasserfall. Denn das umgebende Gas ist hydrophob, und Hydroxidionen haben dazu eine höhere Affinität als Oxoniumionen. Daher reichern sich die OH–-Ionen an der Phasengrenzfläche an. Reißt nun ein kleines Stück der äußersten Wasserschicht ab, nimmt es vor allem Hydroxidionen mit, und die Ladung zwischen den Tröpfchen trennt sich.Wie Zare und sein Team mit Hochgeschwindigkeitskameras und massenspektrometrischen Untersuchungen feststellten, hat das Folgen für die Gasmoleküle, die die geladenen Tröpfchen umgeben: Zwischen den gegensätzlich geladenen Tropfen herrschen elektrische Felder, in denen es zu Entladungen kommen kann. Zare und sein Team nennen sie microlightning – Mikroblitze.Diese haben genug Energie, um umgebende Gase zu ionisieren, etwa Stickstoff, Sauerstoff, Benzol oder sogar Xenon (<link href="#nadc20264156331-fig-0002">Abbildung links). Gase mit höherer Ionisierungsenergie, etwa Krypton oder Pentafluorethan, reagieren jedoch nicht. Die Energie der Mikroblitze lässt sich damit eingrenzen: Sie liegt zwischen 12,13 eV, der Ionisierungsenergie von Xenon, und 12,5 eV, der von Pentafluorethan, das die Blitze nicht ionisieren.<figure xml:id="nadc20264156331-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fvi3n4fgd07ur55ncyt6k"><figcaption><label>Abb.2: </label>Da sich Hydroxidionen an der Phasengrenze anreichern, trennt sich die Ladung, wenn ein kleines Wassertröpfchen von einem größeren abgerissen wird. Das erzeugt zwischen beiden ein starkes elektrisches Feld. Die Energie spontaner Entladungen, genannt Mikroblitze, reicht, um umgebende Gasmoleküle zu ionisieren.</figcaption></figure></figure>Energien dieser Größenordnung könnten ausreichen, die Aktivierungsbarriere bei der Verbrennung von Methan zu überwinden. Damit nicht genug: Auch ohne physische Ladungstrennung und Mikroblitze finden an Wassertröpfchen Redoxprozesse statt. Nötig sind nur gekrümmte Phasengrenzen zwischen Wasser und Luft: Da sich Hydroxidionen an der Grenzfläche anreichern, entsteht dort ein starkes elektrisches Feld, wodurch die Hydroxidionen Elektronen auf die umgebenden Gasmoleküle übertragen. Wie Zare und sein Team herausfanden, bilden sich an der Phasengrenze von Wassertropfen spontan geringe Mengen Wasserstoffperoxid (<link href="#nadc20264156331-fig-0003">Abbildung Mitte).<figure xml:id="nadc20264156331-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fvjds48f206uljlbkyzt9"><figcaption><label>Abb.3: </label>Die Redoxchemie von Wassertropfen: An der Phasengrenze herrschen starke elektrische Felder – umso stärker, je ausgeprägter die Krümmung ist. Durch Elektronentransfer können etwa Hydroxylradikale und Hyperoxidionen entstehen, die durch Dimerisierung beziehungsweise Disproportionierung Wasserstoffperoxid bilden.</figcaption></figure></figure>Die Reaktion läuft umso schneller, je stärker gekrümmt die Oberfläche ist. Bei Wasser in einem Becherglas ist die Oberfläche kaum gekrümmt – es entsteht praktisch kein Wasserstoffperoxid. „Unsere Untersuchungen zeigen deutlich, dass die Krümmung der Grenzfläche die Stärke des elektrischen Feldes kontrolliert und damit der entscheidende Faktor für die Reaktivität ist“, sagte Zare im Gespräch mit den Nachrichten aus der Chemie.<h2 type="main">Weit über Irrlichter hinaus</h2>Zurück zu den Irrlichtern: Wassertröpfchen sind wohl nicht der Grund für die Flammen, wohl aber Blasen von Methan und anderen Gasen, die im Moorwasser aufsteigen. Auch hier gibt es stark gekrümmte Wasser-Gas-Grenzflächen, auch hier führen mechanische Scherkräfte zum Zerreißen von Bläschen. Verglichen mit den Wassertröpfchen ist die Situation hier umgekehrt.In einer kurzen Forschungsnotiz in Science Advances schreiben Zare und seine Kolleg:innen deshalb, es sei plausibel anzunehmen, dass „ähnliche elektrische Entladungen auch zwischen Methanblasen in Wasser auftreten könnten“. Mikroblitze, so ihre Theorie, stellten genügend Energie und reaktive Spezies bereit, um unter gewöhnlichen Umweltbedingungen Methan zu oxidieren.Und tatsächlich: Beim Einleiten kleiner Luftbläschen in Wasser zeigten sich Mikroblitze. Wählte man statt Luft ein Methan-Luft-Gemisch, erwärmte sich das Wasser, und ein Teil des Methans wandelte sich zu Kohlendioxid um.Dabei emittierte die Reaktion Licht, besonders zwischen 330 und 370 nm, typisch für sogenannte kalte Flammen, in denen Kohlenwasserstoffe oft unvollständig verbrennen und dabei wenig Wärme freisetzen. Kalte Flammen versursachen auch das Klopfen alter Ottomotoren: Beim Erhitzen des Kraftstoff-Luft-Gemischs entstehen ohne Hilfe der Zündkerze kalte Flammen, die hörbare Druckunterschiede verursachen.Das schon von Bessel im Jahr 1807 beobachtete blaue Leuchten auf den Mooren stammt Zare zufolge von angeregten Zuständen der Zwischenprodukte, insbesondere von Formaldehyd und Hydroxylradikalen (<link href="#nadc20264156331-fig-0004">Abbildung rechts).<figure xml:id="nadc20264156331-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fvknf2kw607ug2smjkf12"><figcaption><label>Abb.4: </label>Mögliche Reaktionspfade einer nichtthermischen Oxidation von Methan, genannt kalte Flamme. Das schwach blaue Leuchten von Irrlichtern stammt von angeregten Zwischenprodukten, die Licht emittieren. Die US-Forschenden um Zare nehmen an, dass Mikroblitze die kalten Flammen entzünden.</figcaption></figure></figure>Für Irrlichter scheint es also eine weitaus profanere Erklärung als verlorene Seelen oder dämonische Geister zu geben. „Ich glaube, hier eröffnet sich ein völlig neues Feld der Chemie, das grundlegend verändern könnte, was möglich ist“, sagt Richard Zare. Die Entschlüsselung der Mechanismen, die Irrlichtern zugrundeliegen, sei nur der Anfang. Mikroblitze könnten sich, so glaubt er, als ein Schlüssel für die Beantwortung einer weitaus größeren Frage erweisen – der nach der Entstehung des Lebens auf der Erde.<h2 type="main">Blitze erwecken Gase zum Leben</h2>Beim Miller-Urey-Experiment aus dem Jahr 1953 wurde die Atmosphäre nachgestellt, bevor Leben auf der Erde herrschte: Ein Gemisch aus Wasser, Methan, Ammoniak und Wasserstoff wurde elektrischen Entladungen ausgesetzt. Heraus kamen neben Teer vor allem organische Säuren und Aminosäuren. Seitdem wird vermutet, dass Gewitterblitze wichtig waren, um aus elementarem Stickstoff und einfachen Kohlenwasserstoffen C-N-Bindungen aufzubauen.Zare meint, die nötigen elektrischen Entladungen könnten aber auch von Mikroblitzen zwischen Wassertropfen herrühren. Seine Gruppe sprühte kleine Wassertröpfchen in eine Atmosphäre aus Stickstoff, Methan, Kohlendioxid und Ammoniak. Anschließend wiesen sie andere Moleküle nach – darunter die Aminosäure Glycin und die RNA-Base Uracil.Zu Irrlichtern:Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2025, doi: 10.1073/pnas.2521255122Zu Mikroblitzen: J. Phys. Chem. A 2024, doi: 10.1021/acs.jpca.4c02981 Science 2025, doi: 10.1126/sciadv.adt8979Reaktionen an gekrümmten Phasengrenzen:Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2025, doi: 10.1073/pnas.2519491122 J. Am. Chem. Soc. 2025, doi: 10.1021/jacs.5c11575<h2 type="main">Auf den Punkt</h2>Ein Forschungsteam aus Stanford erklärt die bläulichen Leuchterscheinungen über Mooren, genannt Irrlichter, durch Mikroblitze.Diese elektrischen Entladungen stammen den Forschenden zufolge von gekrümmten Grenzflächen an Methanblasen im Moorwasser. Die Blitze oxidieren Methan, was zu blauem Leuchten führt.Dass sich die Ladungen trennen, liegt daran, dass kleine Wassertröpfchen die großen Tropfen verlassen und dabei mehr OH–- als H3O+-Ionen mitnehmen – das zeigen Hochgeschwindigkeitskameras und Massenspektrometrie.Außerdem: Solche Mikroblitze bilden Moleküle wie Aminosäuren und könnten die Entstehung des Lebens auf der Erde vorangetrieben haben.<h2 type="main">Der Autor</h2>Der Chemiker und Historiker Jan Krüßmann arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist in München.

Von Irrlichtern und Mikroblitzen

Kohlenstoffnitride chemisch aufladen | Kohlenstoffnitride treiben chemische Reaktionen an, indem sie absorbierte Lichtenergie in Form von Reduktionsäquivalenten speichern. Nun wurde geklärt, wie viel Energie dabei gespeichert wird und welche elementaren Schritte diesem Prozess zugrunde liegen. Als Modellsystem diente protoniertes Poly(heptazinimid) (H-PHI), das zwei Elektronen und zwei Protonen im Material akkumulieren kann und diese für chemische Folgereaktionen bereitstellt. Quantenchemische Rechnungen belegen den zugrunde liegenden Mechanismus: Nach der Lichtabsorption wird zunächst intramolekulare Ladung zwischen den konjugierten heptazinbasierten Untereinheiten übertragen. Nach dem Quenchen des Elektronenlochs durch Triethylamin wandert ein H-Atom auf die reduzierte Untereinheit. Dabei entsteht ein zweifach reduziertes und einfach protoniertes Intermediat, PHI(2e–/H+). Aus diesem bildet sich in einer Photoreaktion ein kovalentes Addukt zwischen dem oxidierten Triethylamin (Iminiumion) und PHI(2e–/H+). Das Addukt ist für eine photoinduzierte Dealkylierung nötig, bei der sich PHI(2e–/2H+) bildet. Rück- und Nebenreaktionen sind gleichermaßen unterdrückt, da die Reaktionspartner räumlich getrennt sind und die e–/H+-Paare im PHI gespeichert sind. Daher steigt auch bei Dauerbestrahlung die Ausbeute an Dealkylierungsprodukt (Et2NH), ohne dass Nebenprodukte akkumulieren. CM<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fsxz946ji06ulu9z1mcdl">Eisen-Imidokomplexe | Die Arbeitsgruppe Werncke hat trigonale anionische Eisen(II)-Imidyl-Komplexe mit Fe−N-Bindungen synthetisiert, die etwa 1,76 Å und damit außergewöhnlich lang sind. Dazu setzten die Forschenden lineare Eisen(I/II)-Silylamide [FeL2]0,– (L = N{Dipp}SiMe3) mit Arylaziden verschiedenen sterischen Anspruchs um. Mit dem größten Arylrest Triisopropylphenyl wandert der SiMe3-Rest langsam vom Liganden zum Imido-Stickstoff, während beim kleinsten Liganden (Phenyl) eine andere Reaktion abläuft, bei der ein Tetrazenido-Komplex isoliert wurde. Die Imido-Komplexe reagieren nukleophil mit Benzaldehyd und Mesitylisocyanat und bilden dabei Heterocyclen. Wie DFT-Rechnungen nahelegen, nehmen die Komplexe isoenergetische Quintett- und Triplett-Zustände ein. Diese vereinen elektronische Charakteristika eines Eisen(IV)-Imids, Eisen(III)-Imidyls und Eisen(II)-Nitrens. FTZwischen Salzlösung und geschmolzenem Salz | Hydrofluxe sind Lösungen starker Basen, bei denen das Verhältnis von Wasser zu Base weniger als 2:1 beträgt. Wie sie sich von reinem Wasser unterscheiden, zeigt nun das Team um Ruck an der Universität Dresden: Der Dampfdruck von Hydrofluxen ist niedriger und verschwindet fast bei einer Salzkonzentration von 70 mol · L–1. Rechnungen zufolge ordnet sich bei äquimolaren Mischungen das Netzwerk aus Wasserstoffbrückenbindungen um. Dabei ändern sich die Koordinationsgeometrien, und die Grotthuß-Diffusion ist eingeschränkt – also das schnelle Übertragen von H+-Ionen durch Lösungen, indem sie nicht als Ganzes wandern, sondern sich Bindungen lösen und neu bilden. Der Hydroflux enthält demnach H3O2−-Ionen, die eine nahezu symmetrische Wasserstoffbrücke mit O···H-Abständen unter 1,28 Å bilden. Er ist somit eine Zwischenstufe zwischen alkalischer Lösung und geschmolzenem Salz {K+ · H+ · 2 OH−}. Das Wasser darin ist in der Schmelze gefangen und kaum mehr chemisch aktiv. FT<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fszeu46kh06ulfbhws1gv">Amidbindungen ohne Kupplungsreagenzien | Ein Team der Universtiät Peking hat oxidative Amidasen hergestellt, die Aldehyde direkt mit Aminen zu Amidbindungen koppeln. Die Amidasen gewann die Gruppe per Mutagenese aus natürlichen Aldehyddehydrogenasen (ALDH). Dazu gestalteten sie die Substratbindetasche um. Normalerweise wird das Thioester-Zwischenprodukt der ALDH-Reaktion dort rasch hydrolysiert, nach der Mutation ist es für Amine als Nukleophile zugänglich. So entstehen bevorzugt Amide statt Carbonsäuren. Die Umsetzung läuft in wässriger Lösung und funktioniert mit mehreren Gramm Edukt. Eine Eintopfreaktion mit zusätzlicher Alkoholdehydrogenase überführt Alkohole direkt in Amide. SHReduktive Eisenoxalat-Katalyse | Eisenoxalat eignet sich als Präkatalysator für reduktive photokatalytische Kreuzkupplungen. Die Julia-Gruppe an der Universität Murcia bestrahlte Eisen(III)tosylat und Oxalat mit violettem Licht, wobei sich durch Ligand-zu-Metall-Elektronentransfer (LMCT) ein Eisen(I)-Komplex bildet. Dieser reduziert Arylchloride oder -bromide (1), die sonst schwierig zu reduzieren sind. Dabei entstehen Arylradikale, die mit Olefinen in reduktiver Radikaladdition die Alkylaromaten (2) bilden. Bei der Eisenoxalatphotolyse entsteht außerdem das CO2-Radikalanion. Werden die Arylhalogenide weggelassen, addiert es an Olefine und bildet so Carbonsäuren. UJ<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4ft0pr46l806ulnmuqhp5r">Aromaten über Arine funktionalisieren | Die Gruppen von Boyn und Courtney an der Universität Minnesota berichten über eine einfache Methode, mit der sie Aromaten über Arine funktionalisieren. Sie überführen dazu ortho-Iodbenzoesäuren in Iodane (1). Werden diese thermisch oder mit Licht gespalten, bilden sich die Arine (2). In einer Diels-Alder-Reaktion reagieren sie in situ mit 2,5-Dimethylfuran zu den Benzo-7-oxanorbornenen (3). Die Methode ist selektiv für viele ortho-substituierte Vorstufen. Die Arine (2) addieren leicht Nukleophile wie Amine. Damit werden selektiv meta-substituierte Aniline zugänglich. UJ<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4ft20l4dhu07ur0xkbenuc"><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264156232-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264156232-bib-0001">1 Angew. Chem. Int. Ed., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/anie.202522677">10.1002/anie.202522677</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0002">2 Inorg. Chem., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1021/acs.inorgchem.5c03148t">10.1021/acs.inorgchem.5c03148t</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0003">3 Chem. Eur. J., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/chem.202502562">10.1002/chem.202502562</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0004">4 Science, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1126/science.adw3365">10.1126/science.adw3365</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0005">5 Science, doi: 10.1126/science.aeb1702</li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0006">6 Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09830-1</li></ul><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264156232-bibl-0002"><li xml:id="nadc20264156232-bib-0001">1 Angew. Chem. Int. Ed., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/anie.202522677">10.1002/anie.202522677</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0002">2 Inorg. Chem., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1021/acs.inorgchem.5c03148t">10.1021/acs.inorgchem.5c03148t</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0003">3 Chem. Eur. J., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/chem.202502562">10.1002/chem.202502562</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0004">4 Science, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1126/science.adw3365">10.1126/science.adw3365</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0005">5 Science, doi: 10.1126/science.aeb1702</li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0006">6 Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09830-1</li></ul><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264156232-bibl-0003"><li xml:id="nadc20264156232-bib-0001">1 Angew. Chem. Int. Ed., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/anie.202522677">10.1002/anie.202522677</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0002">2 Inorg. Chem., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1021/acs.inorgchem.5c03148t">10.1021/acs.inorgchem.5c03148t</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0003">3 Chem. Eur. J., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/chem.202502562">10.1002/chem.202502562</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0004">4 Science, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1126/science.adw3365">10.1126/science.adw3365</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0005">5 Science, doi: 10.1126/science.aeb1702</li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0006">6 Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09830-1</li></ul><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264156232-bibl-0004"><li xml:id="nadc20264156232-bib-0001">1 Angew. Chem. Int. Ed., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/anie.202522677">10.1002/anie.202522677</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0002">2 Inorg. Chem., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1021/acs.inorgchem.5c03148t">10.1021/acs.inorgchem.5c03148t</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0003">3 Chem. Eur. J., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/chem.202502562">10.1002/chem.202502562</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0004">4 Science, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1126/science.adw3365">10.1126/science.adw3365</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0005">5 Science, doi: 10.1126/science.aeb1702</li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0006">6 Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09830-1</li></ul><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264156232-bibl-0005"><li xml:id="nadc20264156232-bib-0001">1 Angew. Chem. Int. Ed., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/anie.202522677">10.1002/anie.202522677</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0002">2 Inorg. Chem., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1021/acs.inorgchem.5c03148t">10.1021/acs.inorgchem.5c03148t</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0003">3 Chem. Eur. J., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/chem.202502562">10.1002/chem.202502562</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0004">4 Science, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1126/science.adw3365">10.1126/science.adw3365</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0005">5 Science, doi: 10.1126/science.aeb1702</li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0006">6 Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09830-1</li></ul><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264156232-bibl-0006"><li xml:id="nadc20264156232-bib-0001">1 Angew. Chem. Int. Ed., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/anie.202522677">10.1002/anie.202522677</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0002">2 Inorg. Chem., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1021/acs.inorgchem.5c03148t">10.1021/acs.inorgchem.5c03148t</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0003">3 Chem. Eur. J., doi: <accessionid ref="info:doi/10.1002/chem.202502562">10.1002/chem.202502562</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0004">4 Science, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1126/science.adw3365">10.1126/science.adw3365</accessionid></li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0005">5 Science, doi: 10.1126/science.aeb1702</li><li xml:id="nadc20264156232-bib-0006">6 Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09830-1</li></ul>

Meldung

Aus der Forschung

Blickpunkt Biowissenschaften

Pflanzen, die Metalle anreichern, können verseuchte Böden dekontaminieren. Forschende und Start-ups setzen sie zum Bergbau ein, genannt Phytomining. Welche Metalle lassen sich gewinnen?Hyperakkumulatoren sind <link href="#nadc20264156231-fig-0001">Pflanzen, die Schwermetalle aus dem Boden aufnehmen und in ihren Geweben anreichern – beispielsweise das Galmeiveilchen (Viola calaminariae), das sich auf zinkbelasteten Böden ansiedelt. Getrieben vom Wunsch, kontaminierte Böden mit Pflanzen zu entgiften, haben Forschende herausgefunden: Mehrere Hundert Pflanzenarten haben die dazu nötigen Gene.<figure xml:id="nadc20264156231-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fsafb4ctj07urjsjpu9pr"><figcaption><label>Abb.1: </label>Bild KI-generiert</figcaption></figure></figure>In einem Review1) aus dem Jahr 2025 geben Dinh, Dobó und Kovács von der Universität Miskolc, Ungarn, die Zahl der hyperakkumulierenden Pflanzenarten mit 721 an. Davon reichern die meisten Übergangsmetalle an, allen voran Nickel (<link href="#nadc20264156231-fig-0002">Abbildung S. 46). Manche Arten reichern auch mehrere Elemente an, besonders die Kreuzblütler (Familie Brassicaceae). Hyperakkumulatoren komplexieren die Schwermetalle schneller und transportieren sie schneller aus den Wurzeln in die Blätter, wo die Ionen weniger Schaden anrichten. Vermutet wird, dass manche Pflanzen Schwermetalle anreichern, um sich gegen Fressfeinde zu verteidigen, ohne aufwendig organische Herbizide herzustellen.<figure xml:id="nadc20264156231-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmm4fsbp14cu007urdypicyfv"><figcaption><label>Abb.2: </label>Als Hyperakkumulatoren gelten Pflanzen, die Metalle aus dem Boden anreichern, ohne sich zu vergiften. Sie konzentrieren Metalle teils hundertmal so hoch wie andere Spezies unter ähnlichen Bedingungen.</figcaption></figure></figure>Mit manchen Pflanzen werden bereits Industriebrachen saniert – dies allerdings sporadisch, wenn die Fläche nicht sofort für etwas anderes benötigt wird. Darüber hinaus werden Metalle aus Böden gewonnen, wo sich Tagebau nicht lohnen würde. Beim Tagebau werden oberflächennah Rohstoffe gewonnen – das zerstört die Landschaft und senkt den Grundwasserspiegel.<h2 type="main">Nickel</h2>Bislang lohnt sich Phytomining, also der Bergbau mit Pflanzen, nur für Nickel. Pflanzen wie das Echte Löffelkraut (Cochlearia aucheri) und der Kreuzblütler Bornmuellera tymphaea reichern bis 31,2 beziehungsweise 17,6 g Nickel pro Kilogramm Pflanzenmasse an.Um das Metall aus der Biomasse zu extrahieren, wurden mehrere Verfahren ausprobiert. Es lässt sich chemisch extrahieren, also mit Mineralsäuren lösen und dann mit Trennverfahren isolieren, oder die Biomasse wird eingeäschert und verhüttet. Dinh et al. zufolge ist es jedoch am aussichtsreichsten, die Biomasse auszutrocknen, einzuäschern und anschließend chemisch zu extrahieren. Das Verfahren ist im Industriemaßstab erprobt, die Nickelkonzentration in der Asche ist 10- bis 20-mal höher als in der Biomasse, was das chemische Auslaugen wirksamer macht. Varianten dieser Vorgehensweise erbrachten im Industriemaßstab Nickelausbeuten bis 8 kg · ha–1 in Form von Nickelsalzen wie Nickelsulfat oder Nickelammoniumsulfat aus Pflanzen wie dem Mauer-Steinkraut (Alyssum murale), das auch bei der Bodensanierung zum Einsatz kommt.2)<h2 type="main">Gold</h2>Der Goldpreis hat sich seit 2024 in zwei Jahren verdoppelt. Das macht Goldvorkommen attraktiv, die vorher als unwirtschaftlich galten – auch da können Pflanzen helfen.In einem Review von 2022 widmen sich Dinh, Dobó und Kovács den Edelmetallen und Seltenen Erden.3) Schon vor dem jüngsten Goldrausch erachteten die Autoren Gold als aussichtsreichsten Kandidaten, um aus Pflanzen gewonnen zu werden. Wie die anderen Edelmetalle löst sich Gold wenig im Boden, sodass Pflanzen nicht genug aufnehmen, als dass sich dies lohnen würde. Deshalb werden dort schon beim Anbau der Pflanzen Chemikalien eingesetzt, die das Metall verfügbar machen, genannt induzierte Hyperakkumulation.Gold wurde erstmals 1998 durch Braunen Senf (Brassica juncea) angereichert, wobei Ammoniumthiocyanat das Metall als Chelatbildner wasserlöslich machte. Anders als bei der Nickelanreicherung akkumulieren die Pflanzen weniger als 1 g pro Kilogramm Biomasse.Weitere Untersuchungen, die teilweise auch mit Abraum von Goldminen durchgeführt wurden, zeigten: Zahlreiche weitere Pflanzenarten taugen zur induzierten Hyperakkumulation, darunter auch alte Bekannte wie die Sonnenblume (Helianthus annus), der weiße Klee (Trifolium repens), Tabak (Nicotiana tabacum) und Raps (Brassica napus). Natriumcyanid erbrachte dabei die besten Ergebnisse und wurde auch in Kombination mit Ammoniumthiocyanat eingesetzt.Extraktion von Gold aus akkumulierenden Pflanzen ist weiterhin im Entwicklungsstadium, wie dieselben Autoren in einem Review von 2025 melden. Sie selbst haben 2024 einen Prozess entwickelt, mit dem sie Gold aus Bäumen gewannen. Dazu äscherten sie Pappeln auf dem Gelände eines stillgelegten Bergwerks ein und extrahierten das Gold in einem dreistufigen Prozess.4)Zulkernain et al. von der Xiamen Universität, Malaysia, schlugen vor, mit Pflanzen unter anderem Gold aus Elektronikmüll zurückzugewinnen, und zwar aus Platinen (Leiterplatten), die 80 mg Gold pro Kilogramm enthalten.5) Dem Konzept zufolge soll zerkleinerter und aufgeschlämmter Elektronikmüll durch Hydrokulturanlagen fließen, und die darin wachsenden Pflanzen, etwa Brauner Senf, extrahieren die gewünschten Elemente.<h2 type="main">Seltenerdmetalle</h2>Die Seltenerdmetalle oder Seltenen Erden, also die Lanthanoide und die Elemente Scandium und Yttrium, sind gefragt, um Magnete, Katalysatoren oder Batterien herzustellen. Sie sind zwar nicht so selten wie der historische Name behauptet, aber oft im Boden gering konzentriert. Thulium, das seltenste stabile Seltenerdmetall, ist in der Erdkruste häufiger als Iod und Silber.Von den über 700 hyperakkumulierenden Pflanzen reichern wenige Arten Seltene Erden an. Bekannt ist dies bisher für drei Farne, Bäume der Gattungen Carya und Helicia und die amerikanische Kermesbeere. Unter diesen ist der Farn Dicranopteris pedata bisher am besten untersucht: Er reichert bis zu 7 g Seltene Erden pro Kilogramm in seinen Wedeln an und ist die am häufigsten genutzte Pflanze, um Seltenerdmetalle zu gewinnen.Bisher ist nicht bekannt, warum so wenige Pflanzenarten Seltene Erden anreichern, und wie diese Arten diese Elemente nutzen, die in der Biochemie ungewöhnlich sind.In einem Review beschreiben Liu von der Universität Guangzhou, China, und Kolleg:innen, wie diese Pflanzen die Metalle aufnehmen, speichern und aus den Wurzeln in die oberirdischen Pflanzenteile transportieren.6)Die Metalle liegen meist als dreiwertige Ionen vor, und die Prozesse unterscheiden sich von den bekannten Aufnahmemechanismen für zweiwertige Ionen wie Nickel. Ausscheidungen der Wurzeln säuern den Boden an und machen die Metalle so stärker löslich. Wie Seltenerdmetalle den Pflanzen nutzen sollten, leuchtet den Forschenden nicht ein. Die Hypothese: Die Pflanze reichert die Metalle womöglich nur versehentlich an, wenn sie Nährstoffe aufnimmt.Die molekularen Mechanismen, mit denen die Seltenen Erden in die Pflanzenzellen gelangen, sind möglicherweise für andere Elemente gedacht – etwa Calcium, das einen ähnlichen Ionenradius hat, oder Aluminium, das ebenfalls dreiwertige Ionen bildet. Obwohl die Seltenen Erden sich chemisch stark ähneln, bevorzugen die Pflanzen manche davon. Die Farne reichern vor allem die leichteren Elemente an, die Kermesbeere hingegen die schwereren.Wie die Pflanzen Ionen ein- und aussortieren, ist unbekannt – und eine Pflanze, die Seltene Erden wirtschaftlich einlagert, noch nicht gefunden.<h2 type="main">Auf den Punkt</h2>Phytomining ist eine Technik, bei der bestimmte Pflanzen angebaut werden, um Metalle aus dem Boden zu gewinnen.Bislang sind über 700 Pflanzen bekannt, die Metalle aus dem Boden ziehen und in ihrem Gewebe hyperakkumulieren – am häufigsten Nickel.Mehrere Start-ups betreiben Nickel-Phytomining, an Goldgewinnung wird geforscht – chemische Zusatzstoffe machen das Gold wasserlöslich. Einzelne Pflanzenarten sammeln auch Seltene Erden.<h2 type="main">Phytomining: Diese Start-ups saugen Metalle auf</h2>Start-ups wollen vor allem Nickel mit Pflanzen anreichern. Das Start-up Metalplant aus Wilmington, US-Bundesstaat Delaware, baut etwa gelbes Steinkraut in Albanien an, um Nickel zu gewinnen und der Atmosphäre Kohlendioxid durch Verwitterung zu entziehen.Das Joint Venture Botanickel will Böden sanieren, die wegen Nickelbelastung unbrauchbar sind, und gleichzeitig Nickel für die Stahlherstellung gewinnen. Beteiligt sind das französische Pflanzen-Biotechnologie-Start-up Econick aus Nancy und der internationale Stahlhersteller Aperam.Die Pariser Firma Genomines betreibt in Südafrika ein Pilotprojekt, um Nickel aus Böden zu gewinnen, die durch natürliche Verwitterung von Nickelerzen mit diesem Element belastet sind. Dazu verwendet die Firma Korbblütler (Asterngewächse, Asteracea) und vergrößert sie genetisch so, dass sie in ihren Blättern mehr Nickel aufnehmen können als der Wildtyp. Mit einem eigens entwickelten Extraktionssystem für das Metall vermeidet die Firma, Pflanzenmaterial zu verbrennen. So hält sie Kohlenstoff als Pflanzenkohle zurück, statt CO2 zu emittieren. Das Unternehmen gewinnt so jährlich 2,5 Tonnen Nickel pro Hektar und plant, bis 2030 eine Jahresproduktion von 150 000 Tonnen zu erreichen.Aktuell wird Nickel hauptsächlich aus Erzen in Indonesien mit Investitionen aus China abgebaut.<h2 type="main">Der Autor</h2>Der promovierte Chemiker Michael Groß arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist in Oxford, England. <a href="https://michaelgross.co.uk" target="_blank">michaelgross.co.uk</a><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264156231-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264156231-bib-0001">1 T. Dinh, Z. Dobó, H. Kovács, Miner. Process. Extr. Metall. Rev. 2025, 1–16</li><li xml:id="nadc20264156231-bib-0002">2 P. S. Kidd, A. Bani, E. Benizri et al. 2018, Front. Environ. Sci., doi: 10.3389/fenvs.2018.00044</li><li xml:id="nadc20264156231-bib-0003">3 T. Dinh, Z. Dobó, H. Kovács, Chemosphere 2022, 286, 131805</li><li xml:id="nadc20264156231-bib-0004">4 T. Dinh, H. Kovács, Z. Dobó, Heliyon 2024, 10, e32425</li><li xml:id="nadc20264156231-bib-0005">5 N. H. Zulkernain, N. Basant, C. C. Ng et al., J. Mater. Cycl. Waste Manag. 2023, 25, 2726–2752</li><li xml:id="nadc20264156231-bib-0006">6 R. R. Liu, C.-L. Huang, H.-X. Zheng et al., Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2025, 55, 1757–1776</li></ul>

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Wissenschaft + Forschung

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