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Neue Messmethode für die Anziehungskraft von Wasserstoffbrückenbindungen

15.09.2015

Mithilfe aufwändiger Computersimulationen haben Chemiker der Universität Paderborn eine neue Methode zur experimentellen Bestimmung der Bindungsstärke von Wasserstoffbrücken entwickelt. Die fundamentalen Ergebnisse ihrer Arbeit haben die Wissenschaftler jetzt im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.

Wasserstoffbrücken sind für die speziellen Eigenschaften vieler für Lebewesen wichtiger Biomoleküle wie DNA, Proteine und Kohlenhydrate von enormer Bedeutung.


Wasserstoffbrücken (blau) in Wassermolekülen: Sie beschreiben die Anziehungskraft zwischen benachbarten Wassermolekülen aus Sauerstoff- (rot) und Wasserstoffatomen (weiß).


Positiv geladene Wasserstoffatome reagieren mit der negativen Ladung eines Sauerstoffatoms in einem benachbarten Wassermolekül. Die Anziehung kann jetzt erstmalig experimentell bestimmt werden.

War bisher nur eine grobe Klassifikation möglich, haben Chemiker der Universität Paderborn bei Computersimulationen jetzt eine Gleichung entdeckt, mit der die Stärke dieser Bindungen mithilfe von spektroskopischen Messungen (NMR) genau bestimmt werden kann.

Die fundamentalen Ergebnisse ihrer Arbeit haben die Wissenschaftler jetzt im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.

Wasserstoffbrückenbindungen entstehen in der anziehenden Wechselwirkung von stark positiv polarisierten Wasserstoffatomen und freien Elektronenpaaren benachbarter Moleküle.

Sie kommen vor allem in gasförmigen und flüssigen Stoffen, am stärksten in Wasser, vor und sind auch für Struktur und Funktion vieler Biomoleküle verantwortlich:

So hängt etwa die Bindungsaffinität von Wirkstoffen an ihre Zielstrukturen von den gebildeten Wasserstoffbrücken ab. Mit dem neuen Verfahren lässt sich die Stärke dieser zwischenmolekularen Kräfte künftig genau bestimmen.

Das hat laut Thomas Kühne, Professor für Technische Chemie und Leiter der Arbeitsgruppe, Einfluss auf die Chemie, Physik und auch die Materialwissenschaften. „Mit Hilfe dieses neuen Verfahrens lassen sich zukünftig eine ganze Reihe von interessanten Effekten an Grenzflächen wie zum Beispiel Korrosion und Wasserstoffversprödung genauer untersuchen.“

Prof. Kühne gehört zum Vorstand des Instituts für Leichtbau mit Hybridsystemen (ILH) der Universität Paderborn: Die Ergebnisse seiner theoretischen Arbeit können dort in die Entwicklung neuer Werkstoffe für den Automobilleichtbau einfließen. Die Computersimulationen wurden im Paderborner Zentrum für Paralleles Rechnen (PC²) durchgeführt.

DOI: 10.1038/ncomms9318

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/ncomms/index.html

Frauke Döll | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-paderborn.de

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