Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Wechselwirkungen von chemischen Spiegelbildern

11.10.2018

Wie stark die Wechselwirkungen sind, die spiegelbildliche chemische Moleküle – sogenannte chirale Verbindungen – mit ihren Interaktionspartnern eingehen, wollen Chemiker der Ruhr-Universität Bochum herausfinden. Sie konzentrieren sich dabei auf die Halogenbrücken-Bindungen, die Moleküle mit einem Brom- oder Iod-Atom ausbilden können. Diese Wechselwirkungen werden aktuell in vielen Gebieten der Chemie als Designelement für funktionelle Moleküle untersucht, etwa für moderne Katalysatoren sowie neue Wirkstoffe oder Materialien.

Die Arbeit der Forscherinnen und Forscher um Dr. Christian Merten vom Lehrstuhl für Organische Chemie II fördert die Boehringer-Ingelheim-Stiftung mit rund 760.000 Euro im Rahmen des Perspektiven-Programms „Plus 3“ für drei Jahre. Das Projekt startet im November 2018.


Christian Merten arbeitet am Bochumer Lehrstuhl für Organische Chemie II und ist Mitglied im Exzellenzcluster Resolv.

© RUB, Kramer


Wenn chirale Moleküle optimal miteinander wechselwirken sollen, kommt es darauf an, dass sich die richtigen Formen begegnen – sonst ist es so, als ob sich eine rechte und eine linke Hand schütteln.

© RUB, Kramer

Chemische Spiegelbilder können sehr unterschiedlich wirken

Viele Moleküle, etwa Aminosäuren oder Zucker, existieren in zwei räumlichen Anordnungen, wobei in der Regel nur eine davon in der Natur vorkommt. „Biologisch kann die Wirkung chiraler Moleküle sehr unterschiedlich sein“, sagt Christian Merten, Mitglied im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv. „Das liegt vor allem daran, dass die spiegelbildlichen Formen mit Biomolekülen wie Enzymen auf verschiedene Weisen wechselwirken.“

Chemiker verfolgen daher das Ziel, eine der spiegelbildlichen Formen gezielt herstellen und ihre Wechselwirkungen mit anderen Molekülen genau verstehen und vorhersagen zu können. Das Projekt „Stereochemical communication as probe for halogen bonding interactions“ der Bochumer Forscher widmet sich vor allem dem zweiten Aspekt, der Stärke der Wechselwirkung.

Halogenbrücken schwer zu untersuchen

Eine Halogenbrücke bildet sich zwischen dem positiv polarisierten Ende einer Kohlenstoff-Brom- oder Kohlenstoff-Iod-Bindung eines Moleküls und einem Interaktionspartner. Die Energie dieser schwachen Wechselwirkung ist besonders schwer zu quantifizieren.

„Die Wechselwirkungsenergien von Modellsubstanzen, die wir mit modernen theoretischen Methoden gut beschreiben können, können wir experimentell nur schwer bestimmen, da die Substanzen oft gasförmig sind“, erklärt Christian Merten. „Aber die Modellsubstanzen, die wir experimentell gut handhaben können, sind für heutige Computermodelle meist viel zu groß und komplex.“ Hinzu kommt, dass Halogenbrücken-Wechselwirkungen in Lösung oft in Konkurrenz mit anderen intermolekularen Wechselwirkungen stehen, etwa mit denen mit dem Lösungsmittel.

Mit einem neuen experimentellen Aufbau will das Team dieses Problem umgehen. Die Forscher ersetzen das Lösungsmittel durch Edelgase, die unter Druck und bei niedrigen Temperaturen verflüssigt werden. Sie sind reaktionsträge und können keine störenden Wechselwirkungen ausbilden.

Vorhersagen als Ziel

Die Chemiker wollen für eine Reihe von Modellsystemen herausfinden, ob die Halogenbrücken zwischen chiralen Molekülen unterschiedliche Energien aufweisen. Sie betrachten dabei vor allem, was passiert, wenn zwei verschiedene chirale Substanzen miteinander wechselwirken. Dabei ist es entscheidend, welche Spiegelbilder aufeinandertreffen.

„Das muss man sich wie zwei Hände vorstellen, die sich schütteln“, veranschaulicht Christian Merten. „Bei zwei rechten oder zwei linken Händen klappt der Handschlag optimal, bei einer rechten und einer linken Hand nicht.“ Die beiden Arten der Wechselwirkung unterscheiden sich in der Energie, die darin steckt, je nachdem wie gut die Moleküle zusammenpassen. Wie groß der Unterschied ist, wollen die Wissenschaftler messen.

„Unser Ziel ist es, eines Tages vorhersagen zu können, welche Strukturelemente man braucht, um diesen Prozess der chiralen Erkennung möglichst effizient zu gestalten“, so Merten.

Über die Förderung

Die Boehringer-Ingelheim-Stiftung ist eine rechtlich selbstständige, gemeinnützige Stiftung und fördert die medizinische, biologische, chemische und pharmazeutische Wissenschaft. Mit ihrem Perspektiven-Programm „Plus 3“ und den „Exploration Grants“ fördert sie bundesweit exzellente unabhängige Nachwuchsforschergruppen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Christian Merten
Organische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24529
E-Mail: christian.merten@rub.de

Weitere Informationen:

https://www.ruhr-uni-bochum.de/chirality/

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Chemie aus der Luft: atmosphärischem Stickstoff als Alternative
22.10.2018 | Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock

nachricht Bakterien verhindern die Bekämpfung einer Virusinfektion
22.10.2018 | Universitätsklinikum Freiburg

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 Gravitationswellen die Dunkle Materie ausleuchten

Schwarze Löcher stossen zusammen, Gravitationswellen breiten sich durch die Raumzeit aus - und ein riesiges Messgerät ermöglicht es, die Struktur des Universums zu erkunden. Dies könnte bald Realität werden, wenn die Raumantenne LISA ihren Betrieb aufnimmt. UZH-Forschende zeigen nun, dass LISA auch Aufschluss über die schwer fassbaren Partikel der Dunklen Materie geben könnte.

Dank der Laserinterferometer-Raumantenne (LISA) können Astrophysiker Gravitationswellen beobachten, die von Schwarzen Löchern ausgesendet werden. Diese...

Im Focus: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Lehren und Lernen mit digitalen Medien im Fokus

22.10.2018 | Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Chemie aus der Luft: atmosphärischem Stickstoff als Alternative

22.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Gebirge bereiten Boden für Artenreichtum

22.10.2018 | Geowissenschaften

Neuer Wirkstoff gegen Anthrax

22.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics