Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Lösungsmittelmoleküle bei Reaktionen kooperieren

06.10.2016

Auf den ersten Blick scheinbar unbeteiligte Moleküle aus der Lösungsmittelumgebung können essenziell für chemische Reaktionen sein. Das haben Forscher anhand der Ether-Bildung in einem Lösungsmittelgemisch gezeigt. Sie klärten die zugrunde liegenden Mechanismen mit modernsten spektroskopischen und theoretischen Verfahren im Detail auf. Das Fazit: Auch solche Lösungsmittelmoleküle, die an der Reaktion nicht direkt teilnehmen, sind für den Reaktionsverlauf essenziell und können die Reaktionspartner maßgeblich beeinflussen. Die Forscher berichten in „Nature Communications“.

Auf den ersten Blick scheinbar unbeteiligte Moleküle aus der Lösungsmittelumgebung können essenziell für chemische Reaktionen sein. Das haben Forscher anhand der Ether-Bildung in einem Lösungsmittelgemisch gezeigt. Sie klärten die zugrunde liegenden Mechanismen mit modernsten spektroskopischen und theoretischen Verfahren im Detail auf. Das Fazit: Auch solche Lösungsmittelmoleküle, die an der Reaktion nicht direkt teilnehmen, sind für den Reaktionsverlauf essenziell und können die Reaktionspartner maßgeblich beeinflussen.


Welche Rolle Lösungsmittel bei chemischen Reaktionen spielen, erforscht das Team vom Exzellenzcluster Resolv.

© RUB, Marquard

Die Ergebnisse beschreibt ein Team von experimentell und theoretisch arbeitenden Chemikern der Ruhr-Universität Bochum, der Universität Würzburg und des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr in der Zeitschrift „Nature Communications“.

Licht schaltet Reaktionsfreude an

Aus einer reaktionsträgen chemischen Vorläuferverbindung kann durch einen Lichtblitz ein hochreaktives Molekül entstehen, das selbst mit umgebenden Lösungsmittelmolekülen reagiert. Das kann in weniger als einer Milliardstel Sekunde geschehen. Ein Beispiel ist das Molekül Diphenylcarben: Es reagiert schnell zu einem Ether, wenn es im Lösungsmittel Methanol vorliegt. Mit dem Lösungsmittel Acetonitril hingegen ist diese Reaktion nicht möglich.

Die Forscher um Dr. Elsa Sanchez-Garcia und Prof. Dr. Patrick Nürnberger untersuchten, was passiert, wenn Diphenylcarben in einem Lösungsmittelgemisch aus Methanol und Acetonitril vorliegt. Die Bildung des Ethers geht langsamer vonstatten als in reinem Methanol; auch die Ausbeute ist geringer. Warum zeigten die Forscher in der aktuellen Studie.

Zweites Lösungsmittelmolekül entscheidend

Eine potenzielle Erklärung wäre, dass Diphenylcarben in dem Lösungsmittelgemisch länger warten muss, bis ein Methanolmolekül in der Nähe ist, um mit ihm zu reagieren. „Die Reaktion läuft aber nicht so simpel, wie auf den ersten Blick angenommen“, sagt Patrick Nürnberger vom Bochumer Lehrstuhl für Physikalische Chemie II. „Es sind mehrere Mechanismen am Werk.“

Obwohl für die Bildung des finalen Ethermoleküls formal nur ein einziges Methanolmolekül benötigt wird, erfolgt die Reaktion erst dann, wenn ein zweites Methanolmolekül zugegen ist. Das ergab eine Kombination von ultraschnellen spektroskopischen Experimenten im Femtosekundenbereich und molekulardynamischen Computersimulationen.

Nicht nur unbeteiligte Zuschauer

Die Chemiker beschreiben im Detail die Reaktionsmechanismen für zwei Szenarien: In einem trifft Diphenylcarben zunächst auf ein einzelnes Methanolmolekül, und später kommt ein weiteres hinzu. Im zweiten Szenario trifft Diphenylcarben direkt auf einen Verbund von Methanolmolekülen.

In beiden Fällen zeigt sich, dass ein einzelnes Methanolmolekül für das Zustandekommen der Reaktion nicht ausreicht. „Die anderen Methanolmoleküle sind daher nicht nur unbeteiligte Zuschauer, sondern Gehilfen bei der Reaktion“, fasst Nürnberger zusammen. „Die Ergebnisse sind ein wichtiger Baustein, um die Wechselwirkung von reaktiven Substanzen mit der Lösungsmittelumgebung zu verstehen.“

Förderung

Die Forschungsarbeiten wurden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC1069), des Sonderforschungsbereichs SFB 1093 und des Emmy-Noether-Programms. Weitere Förderung kam von der Boehringer-Ingelheim-Stiftung (Plus-3 Programm).

Originalveröffentlichung

Johannes Knorr, Pandian Sokkar, Sebastian Schott, Paolo Costa, Walter Thiel, Wolfram Sander, Elsa Sanchez-Garcia, Patrick Nuernberger: Competitive solvent-molecule interactions govern primary processes of diphenylcarbene in solvent mixtures, in: Nature Communications, 2016, DOI: 10.1038/ncomms12968

Pressekontakt

Prof. Dr. Patrick Nürnberger
Physikalische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 29946
E-Mail: patrick.nuernberger@rub.de


Exzellenzcluster Resolv
http://www.ruhr-uni-bochum.de/solvation/

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme
21.08.2018 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht In Form gebracht
21.08.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen

21.08.2018 | Physik Astronomie

Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

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