Samspillet mellem kemiske spejlbilleder

Kemikere fra Ruhr-Universität Bochum håber at finde ud af, hvor stærkt de spejlbillede kemiske molekyler-kaldet chirale forbindelser-interagerer med deres interaktionspartnere. De koncentrerer sig om halogenbindinger, som molekyler med et brom- eller jodatom kan danne. Disse interaktioner undersøges i øjeblikket inden for mange kemiområder som designelementer for funktionelle molekyler, såsom moderne katalysatorer og nye materialer eller farmaceutisk aktive forbindelser. Forskernes arbejde ledet af Dr. Christian Merten fra Institut for Organisk Kemi II finansieres af Boehringer Ingelheim Foundation som en del af "Plus 3" perspektivprogrammet med omkring 760, 000 euro i tre år. Projektet starter i november 2018.

Kemiske spejlbilleder kan have meget forskellige effekter

Mange molekyler, såsom aminosyrer og sukkerarter, findes i to spejlbillede rumlige arrangementer, men normalt forekommer kun en af ​​dem i naturen. "Biologisk set virkningen af ​​chirale molekyler kan være meget forskellig, ”siger Christian Merten, medlem af Cluster of Excellence Ruhr udforsker frelse, Løsning kort sagt. "Dette skyldes hovedsageligt, at spejlbilledformerne interagerer med biomolekyler som enzymer på forskellige måder."

Kemikere forfølger derfor målet om specifikt at producere en af ​​spejlbilledformerne og være i stand til præcist at forstå og forudsige dets interaktioner med andre molekyler. Projektet "Stereokemisk kommunikation som sonde for halogenbindingsinteraktioner" af de Bochum-baserede forskere er hovedsageligt dedikeret til det andet aspekt, interaktionens styrke.

Halogenbindinger er svære at undersøge

En halogenbinding dannes mellem den positivt polariserede ende af en carbon-brom- eller carbon-iod-binding af et molekyle og en interaktionspartner. Energien i denne svage interaktion er særlig vanskelig at kvantificere. "Modelsubstansers interaktionsenergier, som vi godt kan beskrive med moderne teoretiske metoder, er vanskelige at bestemme eksperimentelt, fordi stofferne ofte er gasformige, "forklarer Christian Merten." Men de modelstoffer, som vi let kan håndtere eksperimentelt, er normalt alt for store og komplekse til nutidens mest præcise computermodeller. "Desuden er halogenbindingsinteraktioner i opløsning konkurrerer ofte med andre intermolekylære interaktioner, såsom interaktioner med opløsningsmidler.

Teamet håber at omgå dette problem med et nyt eksperimentelt setup. Forskerne erstatter opløsningsmidlet med ædelgasser, der flydende under tryk og ved lave temperaturer. De er inaktive og kan ikke danne nogen forstyrrende interaktioner.

Forudsigelser som mål

For en række modelsystemer, kemikere ønsker at finde ud af, om halogenbindinger mellem kirale molekyler har forskellige energier. De er hovedsageligt interesserede i, hvad der sker, når to forskellige kirale stoffer interagerer med hinanden. Den afgørende faktor her er, hvilke spejlbilleder der mødes. "Det er som to hænder, der ryster hinanden, ”Forklarer Christian Merten.” Håndtrykket fungerer optimalt med to højre eller to venstre hænder; med en højre og en venstre hånd, det gør det ikke. "De to former for interaktion adskiller sig i energien, de indeholder, afhængigt af hvor godt molekylerne passer sammen. Forskerne vil gerne måle, hvor stor forskellen er.

"Vores mål er en dag at kunne forudsige, hvilke strukturelle elementer der er nødvendige for at gøre denne proces med kiral anerkendelse så effektiv som muligt, «siger Merten.