Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Partnertausch: Unerwartete Dynamik

01.12.2015

Neue Einsichten in den Ablauf wichtiger chemischer Reaktionen konnten Physiker der Universität Innsbruck durch eine Kombination von Experimenten und Simulationen gewinnen. Beim Aufbau organischer Verbindungen spielen nukleophile Substitutionsreaktionen eine große Rolle. Dabei greift ein bindungsfreudiges, meist negativ geladenes Atom oder Molekül ein organisches Molekül so an, dass dieses einen bisher an das Molekül gebundenen Partner abstößt, um die neue Verbindung eingehen zu können. Die Physiker um Roland Wester konnten nun nachweisen, welchen Einfluss der abgestoßene Partner auf die Reaktionsdynamik hat. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.

Eine der am häufigsten untersuchten Reaktionen in der physikalischen organischen Chemie ist ist die nukleophile Substitution. Dieser Vorgang spielt eine wichtige Rolle bei der organischen Synthese, etwa bei der Herstellung von Vitaminen oder bei der Bildung von Adrenalin in lebenden Zellen.


Illustration von Martin Stei

Dabei wird eine bisher an das Molekül gebundene Gruppe oder ein einzelnes gebundenes Atom durch einen neuen Bindungspartner ausgetauscht. Der angreifende nukleophile Reaktionspartner besitzt reaktionsbereite Elektronen.

Diese ermöglichen ihm, eine Bindung zu einem zentralen Kohlenstoffatom einzugehen. Bei der damit gestarteten Austauschreaktion wird der bisherige Partner abgestoßen, während das Molekül eine neue Bindung mit dem Angreifer eingeht.

Seit mehreren Jahrzehnten versuchen Chemiker und Physiker, diese Vorgänge auf fundamentalem atomaren Niveau zu verstehen und in Laborexperimenten zu untersuchen. Nun gelang es Roland Wester und seiner Arbeitsgruppe am Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck, in dieser inzwischen eigentlich als wohl verstanden geglaubten Reaktion überraschende neue Aspekte der Reaktionsdynamik zu entdecken.

In Kooperation mit der Theoriegruppe um Gabor Czako von der Universität Szeged in Ungarn wurde durch eine Kombination aus Experimenten und Simulationen erstmals klar, welche subtile Rolle der abgestoßene Partner beim dynamischen Ablauf einer solchen Austauschreaktion spielt.

Die Wissenschaftler untersuchten dazu den Austausch von negativ geladenen Halogenen an einer grundlegenden organischen Molekülstruktur, der Methylgruppe CH₃.

Wester und seine Kollegen verwendeten dazu zwei gekreuzte Strahlen, in denen einerseits die neutralen Moleküle und andererseits die angreifenden Halogen-Ionen aufeinander treffen. Die nach der Reaktion beim Zusammentreffen abgestoßenen Ionen wurden schließlich mit Detektoren analysiert, welche die Geschwindigkeiten der Reaktionsprodukte ermitteln. Jennifer Meyer, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Westers und eine der Koautoren des Fachartikels, betont die überraschenden Ergebnisse des Experiments:

„Im Vergleich mit numerischen Simulationen der chemischen Reaktionsdynamik wurden dabei starke Unterschiede zwischen den dynamischen Abläufen der Reaktionen je nach abgestoßenem Partner gefunden.“ Daraus lässt sich schließen, wie sehr das Halogen-Ion kurz vor der Reaktion in der Lage ist, etwa die neutralen Moleküle entweder zu seinen Gunsten auszurichten, oder eher zu inneren Schwingungen anzuregen. Insgesamt hängt also unerwartet stark vom bisherigen Partner ab, ob und auf welche Art das angreifende Ion die bestehende Beziehung aufbrechen kann.

Rückfragen:
Univ.-Prof. Dr. Roland Wester
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 52620
E-Mail: Roland.Wester@uibk.ac.at

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1038/nchem.2400 Influence of the leaving group on the dynamics of a gas phase SN2 reaction. Martin Stei, Eduardo Carrascosa, Martin A. Kainz, Aditya H. Kelkar, Jennifer Meyer, István Szabó, Gábor Czakó and Roland Wester. Nature Chemistry, Advance Online Publication 2015

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at/ipoint/news/2015/partnertausch-unerwartete-dynamik.html.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur
17.08.2017 | Deutsches Krebsforschungszentrum

nachricht Magenkrebs: Auch Bakterien können Auslöser sein
17.08.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

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: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten