q&more
Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

News

Lösungsprozess Schritt für Schritt verfolgt

Wie sich einzelne Wassermoleküle an ein organisches Molekül anlagern

© RUB, Marquard

Mit der Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskopie können Karina Morgenstern und Karsten Lucht das Verhalten von einzelnen Molekülen im Detail beobachten.

20.12.2017: Zahlreiche chemische und industrielle Prozesse finden in Lösung statt. Aber die genauen Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff sind bislang nicht verstanden.

Wie sich einzelne Wassermoleküle an ein organisches Molekül anlagern, haben Chemiker der Ruhr-Universität Bochum mit bislang nicht erreichter räumlicher Auflösung verfolgt. Sie nutzten ein Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop, um die Vorgänge auf einer Größenskala von kleiner einem Nanometer sichtbar zu machen. So konnten sie auf der molekularen Ebene die Eigenschaften der Hydrophilie und Hydrophobie nachvollziehen, also dass bestimmte Substanzen oder Molekülgruppen wasserliebend oder wassermeidend sind.

„Die Ergebnisse sind ein weiteres Puzzlestück auf dem Weg zu einem Verständnis von Solvatationsprozessen, also wie sich Stoffe in Wasser lösen“, sagt Karsten Lucht vom Bochumer Lehrstuhl für Physikalische Chemie I. Er berichtet mit dem Team um Prof. Dr. Karina Morgenstern und Kollegen vom Lehrstuhl für Organische Chemie II in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Wissenschaftler kooperieren im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv.

Ziel des Clusters ist es zu verstehen, wie Lösungsmittel die in Lösung ablaufenden Reaktionen beeinflussen, und die Lösungsmittel zur Reaktionssteuerung einzusetzen.

Anlagerung von Wasser schrittweise verfolgt

Als organisches Molekül nutzten die Forscher einen Azofarbstoff, der aus zwei Kohlenstoffringen und daran gebundenen funktionellen Gruppen besteht, die polar, also leicht positiv oder negativ geladen sind. Die Moleküle deponierten sie auf einem Gold-Einkristall und kühlten das System auf sechs Kelvin ab. Dann fügten sie Schritt für Schritt einzelne Wassermoleküle hinzu und beobachteten, wo an dem Farbstoff diese andockten.

Die ersten Wassermoleküle lagerten sich bevorzugt an den polaren funktionellen Gruppen an. Steigerten die Forscher den Wasseranteil, so lagerten sich die neu hinzukommenden Moleküle an den bereits gebundenen Wassermolekülen an. „Unsere Experimente zeigen also, dass sich Hydrophilie und Hydrophobie auf die molekulare Ebene zurückverfolgen lassen“, so Karina Morgenstern. Unpolare Bereiche des Moleküls mieden die Wassermoleküle, polare Bereich wurden bevorzugt aufgesucht.

Drei sich ergänzende Verfahren

Die hier mit der Rastertunnelmikroskopie verfolgten Prozesse werden üblicherweise spektroskopisch oder mit molekulardynamischen Simulationen untersucht. Erstere Methode liefert jedoch keine direkten Ortsinformationen, letztere beruht aufgrund der Größe des Systems auf Annahmen. „Jede Methode hat ihren Wert“, erklärt Karsten Lucht. „Die drei Verfahren ergänzen sich.“

Originalveröffentlichung:
Karsten Lucht, Dirk Loose, Maximilian Ruschmeier, Valerie Strotkötter, Gerald Dyker, Karina Morgenstern; "Hydrophilicity and microsolvation of an organic molecule resolved on the sub-molecular level by scanning tunneling microscopy"; Angewandte Chemie International Edition; 2017

Fakten, Hintergründe, Dossiers

Mehr über Ruhr-Universität Bochum

  • News

    Neuartige chemische Verbindungen machen Katalysatoren effizienter

    Katalysatoren sollten möglichst stabil, effizient und für bestimmte Anwendungen anpassbar sein. All das ermöglicht diese Bochumer Entwicklung. Neue chemische Verbindungen, die Katalysatoren effizienter machen, hat ein Team vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie II der Ruhr-Universität Bochum ... mehr

    Lebende Cyanobakterien-Elektrode stellt effizient Strom her

    Eine mit lebenden Cyanobakterien beschichtete Elektrode eignet sich, um lichtgetrieben und effizient Strom zu produzieren. Das berichtet ein deutsch-israelisches Forscherteam in der Zeitschrift „Nature Communications“. Im Gegensatz zu früheren Studien mussten die Wissenschaftler zu ihrem Sy ... mehr

    Oberflächen und Proteinverteilung von Zellen gleichzeitig sehen

    Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben erstmals zwei mikroskopische Methoden kombiniert, die sowohl die Oberfläche einer Zelle als auch die Verteilung eines Proteins in der Zelle mit einer Auflösung im Nanometerbereich sichtbar machen können. Die Verfahren können für lebend ... mehr

  • q&more Artikel

    Vibrationsspektroskopie - Labelfreies Imaging

    Spektroskopische Methoden erlauben heute mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung tiefe Einblicke in die Funktionsweise biologischer Systeme. Neben der bereits sehr gut etablierten Fluoreszenzspektroskopie wird in den letzten Jahren das große Potenzial der labelfreien Vib ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Klaus Gerwert

    Jg. 1956, studierte Physik in Münster und promovierte 1985 in biophysikalischer Chemie in Freiburg. Nach Stationen am Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie in Dortmund und am Scripps Research Institute in La Jolla, USA erhielt er 1993 einen Ruf auf die C4-Professur für Biophysik ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von:



Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.