Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chamäleon im All: Strukturgeheimnisse von wandelbaren Molekülen entschlüsselt

01.03.2010
RUB-Chemiker berichten in Nature Chemistry

Was es alles in den unendlichen Weiten des Weltalls gibt, ist unklar. Etwas Licht ins Dunkel brachte kürzlich das Team von Prof. Dr. Dominik Marx vom Lehrstuhl für Theoretische Chemie der RUB in Kooperation mit dem Physikalischen Institut der Universität zu Köln und dem FOM Institut für Plasmaphysik in Rijnhuizen (Niederlande). Die Forscher untersuchten die Bewegungen der Wasserstoffatome in protoniertem Methan (CH5+), das in interstellaren Wolken vorkommt und permanent seine Struktur ändert.

Mit Hilfe einer Kombination von molekulardynamischen Simulationen und Experimenten fanden sie heraus, wie die Bewegungen im Molekül beeinflusst werden, wenn Wasserstoff durch seinen schweren Bruder Deuterium ersetzt wird. Die Ergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.

Lieblingsplatz im Molekül

In den meisten Molekülen haben alle Atome ihre festen Plätze, doch in protoniertem Methan befinden sich fünf Wasserstoffatome in ständiger Bewegung um einen Kohlenstoffkern. Diese Bewegung ist nicht vollkommen zufällig, sondern die Wasserstoffatome sortieren sich bevorzugt in eine Zweiergruppe (H2) und ein Dreibein (CH3). Weitaus weniger bekannt war über die Bewegungen in ähnlichen Molekülen (Isotopologen), in denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Deuterium ersetzt sind, das auch in schwerem Wasser vorkommt. Gemeinsam mit ihren Kooperationspartnern erforschten die RUB-Chemiker die Lieblingsplätze von Deuterium und Wasserstoff im Molekül.

Atomtausch

Um den Lieblingsplätzen auf die Spur zu kommen, tauschten die Wissenschaftler schrittweise die Wasserstoffatome gegen Deuterium aus und zeichneten für jedes Isotopolog ein Infrarotspektrum auf, das Auskunft über die Bewegungen im Molekül gibt. Hierzu wurden die Moleküle in einem Ionenspeicher festgehalten, auf tiefe Temperaturen gekühlt und mit dem Infrarotlaser des FOM-Instituts für Plasmaphysik beleuchtet. Die so gewonnenen Spektren unterschieden sich erheblich für die verschiedenen Isotopologe. Erst durch spezielle Computersimulationen der Bochumer Chemiker war es möglich, diese Daten zu interpretieren. Eine einfache Simulation nach den Gesetzen der klassischen Mechanik reichte hierfür nicht aus, sondern die Quantennatur der Kerne musste mit berücksichtigt werden. So konnten die Forscher zeigen, dass das Deuterium sich bevorzugt im Dreibein und der Wasserstoff bevorzugt in der Zweiergruppe des Moleküls aufhält.

Neue Geheimnisse

Die Ergebnisse der Bochumer Chemiker und ihrer Kooperationspartner sind nicht auf protoniertes Methan und seine Isotopologe beschränkt. Da es eine ganze Klasse von Molekülen gibt, in denen Atome ihre Plätze tauschen, werden die neuen Daten helfen, auch ihren Geheimnissen auf die Spur zu kommen.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-28083, dominik.marx@rub.de

Prof. Dr. Stephan Schlemmer, Physikalisches Institut, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Universität zu Köln, Tel. 0221/470 5736, schlemmer@ph1.uni-koeln.de

Titelaufnahme

Sergei Ivanov, Oskar Asvany, Alexander Witt, Edouard Hugo, Gerald Mathias, Britta Redlich, Dominik Marx, Stephan Schlemmer: Quantum-induced symmetry breaking explains infrared spectra of CH5+ isotopologues. In: Nature Chemistry (Advanced Online Publication); DOI: 10.1038/NCHEM.574

Redaktion: Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.theochem.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise