Das Element allen Lebens: Kohlenstoff (Stefan Mebs, FU Berlin)

Ein ziemlich weiter Weg...

Alles Leben auf der Erde basiert unzweifelhaft auf Kohlenstoff (C), genauer auf Kohlenwasserstoff-Chemie, aber muß das so sein? Ja, denn seine Position im Periodensystem der Elemente (PSE) verleiht dem Kohlenstoffatom eine ganze Reihe von speziellen Eigenschaften, die es vor allen anderen Elementen auszeichnet! Neben seiner hohen natürlichen Häufigkeit gehören vor allem eine mittlere-bis-starke Elektronegativität, welche zur Ausbildung stabiler (aber nicht zu stabiler!) und gerichteter polar-kovalenter Bindungen führt, als auch die maximale Variabilität bei Oxidationszuständen dazu. In der Folge kann das Kohlenstoffatom stabile Bindungen „mit sich selbst“ eingehen (Einfach- bis Dreifachbindung), lineare oder verzweigte Polymere (Kettenmoleküle) und Ringstrukturen ausbilden, weist in seinen Verbindungen besondere Phänomene wie Aromatizität und Chiralität auf und unterstützt verschiedene Reaktionstypen (radikalisch vs. ionisch). Diese Vielfalt ist die Grundlage der Bildung von DNA/RNA, Proteinen, Zuckern, Fetten, Hormonen und diversen weiteren „Naturstoffen“, ohne die biologisches Leben, wie wir es kennen (bzw. definieren), nicht existieren kann.

Dennoch gibt es Spekulationen darüber, ob die Nachbarn des Kohlenstoffs im PSE, zum einen das darunter liegende Silizium (Si), zum anderen die Kombination aus den direkten Nachbarn Bor (B) und Sticksoff (N) zu Bornitrid, unter besonderen physikalischen Umständen (auf Exoplaneten) ebenso komplexe Molekularstrukturen aufbauen können. Teilaspekte der Kohlenwasserstoff-Chemie finden sich in der Tat auch in diesen Systemen, doch der Grad an Komplexität, der mit Kohlenstoff leicht erreichbar ist, bleibt wohl unerreicht für alle anderen Elemente oder Element-Kombinationen. Das liegt nicht zu guter Letzt an der essentiellen Rolle des Mediums (Wasser vs. Ammoniak oder Methan) und sich bildender Ökosysteme.

Zum Vortragenden

Dr. Stefan Mebs studierte Chemie in Frankfurt am Main und Berlin. Promotion 2009 in Röntgendiffraktometrie/Kristallographie an der FU-Berlin. Derzeit Postdoc in der Biophysik der FU-Berlin (Röntgenspektroskopie und Computergestützte Chemie). Forschungsschwerpunkt ist die Strukturaufklärung (Moleküle, amorphe und geordnete Festkörper) von Katalysatormaterialen und Proteinen mittels experimenteller und theoretischer Methoden.

Einige Publikationen:

1. S. Mebs, Chem.Phys.Chem. 2023, 24, e2022006 In Silico Partial N2 to NH3 Conversion with a Light Atom Molecule

2. S. Mebs*, B. Braun, R. Kositzki, Ch. Limberg, M. Haumann*, Inorg. Chem. 2015, 54, 24, 11606–11624:Abrupt versus Gradual Spin-Crossover in FeII(phen)2(NCS)2 and FeIII(dedtc)3 Compared by X-ray Absorption and Emission Spectroscopy and Quantum-Chemical Calculations

3. S. Mebs, J. Henn, B. Dittrich, C. Paulmann, P. Luger*, J. Phys. Chem. A 2009, 113, 29, 8366-8378: Electron Densities of three B12-Vitamins