Geladene „Molekül-Bestien“ als Basis für neue Bindungen
Forschende nutzen „aggressive“ Bruchstücke von Molekül-Ionen zur chemischen Synthese
Massenspektrometer sind High-Tech-Maschinen, die in unserer Gesellschaft eine wichtige Rolle spielen. Als hochempfindliche Analysegeräte sind sie in Bereichen wie der medizinischen Diagnostik, der Qualitätskontrolle von Lebensmitteln oder dem Nachweis gefährlicher chemischer Substanzen unverzichtbar. Die Forschergruppe um Dr. Jonas Warneke am Wilhelm-Ostwald-Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Leipzig arbeitet daran, Massenspektrometer so zu modifizieren, dass sie für einen ganz anderen Zweck eingesetzt werden können: die chemische Synthese neuer Moleküle. Mit diesen so genannten „präparativen Massenspektrometern“ lassen sich chemische Verbindungen auf neue Art erzeugen. Die Forschenden haben damit kürzlich eine neue Verbindung aus einem geladenen Molekülbruchstück und Stickstoff aus der Luft synthetisiert, die vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für den Aufbau neuer Molekülstrukturen bietet. Ihre neuen Erkenntnisse haben sie in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ veröffentlicht. Das von Ihnen gestaltete Journal-Cover visualisiert Aspekte der publizierten Arbeit.
Das Cover des Journals "Angewandte Chemie".
Leipzig University
Die Wissenschaftler:innen „zerbrechen“ molekulare Ionen in einem Massenspektrometer. Die dabei entstehenden Molekülbruchstücke, die chemisch äußerst aggressiv sind, können dann im Gerät gezielt zu neuen Substanzen zusammengesetzt werden. Diese Substanzen werden dann am Ende der Maschine gesammelt und können aus dem Gerät entnommen werden, so dass sie für weitere Forschungsarbeiten zur Verfügung stehen.
Die Entwicklung neuer Methoden, um chemische Bindungen zu brechen und neu zu formen, ist eine der primären Aufgaben der chemischen Grundlagenforschung. „Wenn eine Bindung in einem geladenen Molekül gebrochen wird, entsteht häufig ein chemisch sehr ‚aggressives‘ Bruchstück, das wir als reaktives Fragment bezeichnen. Mit etablierten chemischen Synthesemethoden lassen sich diese Fragmente nur schwer kontrollieren. Man kann sie sich wie ungezähmte Bestien vorstellen, die alles an sich reißen, was sich ihnen in den Weg stellt. In einem Massenspektrometer gibt es viele Möglichkeiten, Bindungen gezielt aufzubrechen und Fragmente zu erzeugen“, beschreibt Dr. Warneke die Vorgänge in Massenspektrometern. Die „Bestien“ finden dabei ihm zufolge besondere Bedingungen vor: In Massenspektrometern herrscht ein Vakuum. Das heißt, sie finden nichts, was sie angreifen können. Somit kommt es nicht zu unkontrollierten chemischen Reaktionen. „Bieten wir dann ein bestimmtes Molekül an, zum Beispiel Stickstoff, der üblicherweise unreaktiv ist und nicht gebunden wird, gibt sich die Bestie damit zufrieden, weil sie keine andere Wahl hat. Auf diese Weise kann man sehr schwer zu bindende Moleküle wie Stickstoff einfach in eine neue Substanz einbauen“, erklärt Warneke weiter.
Mit bloßem Auge experimentieren
Auf diese Weise hat das Forscherteam bereits in der Vergangenheit reaktive Fragmente zu sehr außergewöhnlichen Reaktionen gebracht, zum Beispiel mit Edelgasen, die von allen chemischen Elementen am schwersten zu binden sind. „Die grundsätzliche Strategie, chemische Bestien in Massenspektrometern zu kontrollieren, ist nicht neu“, betont Warneke. Sie werde seit Jahrzehnten verwendet, um die Eigenschaften reaktiver Fragmente zu untersuchen. Allerdings konnten die so gefundenen neuen Verbindungen nicht weiter genutzt werden. Massenspektrometer zeigen zwar an, was in ihrem Inneren passiert, aber die neuen Substanzen entstehen nur in winzigen Mengen und können normalerweise nicht extrahiert werden. Oft werden sie bei der Erzeugung des Signals, das für Analysen verwendet wird, auch einfach wieder zerstört.
Deshalb gehen Forschende aus Experimenten mit Massenspektrometern meist mit „großem Erkenntnisgewinn“, aber „leeren Händen“ heraus. „Sie haben die Bestie unter Kontrolle. Es passiert genau das, was sie wollen, sie sehen das neue Molekül, welches faszinierende Eigenschaften haben könnte, und dann ist es weg“, beschreibt Warneke chemische Experimente in herkömmlichen Massenspektrometern. Die neue Publikation könnte diese Sicht auf chemische Reaktionen in Massenspektrometern grundlegend verändern. Das Forscherteam hat aus einem aggressiven Fragment und unreaktivem Stickstoff eine neue Substanz hergestellt und diese mit präparativen Massenspektrometern gesammelt, sodass man sie mit dem bloßen Auge sehen, anfassen und weiter damit experimentieren kann.
Die mit dieser Methode erzeugte Substanzmenge wird noch für längere Zeit auf Anwendungen im Bereich der Dünnschichttechnologie beschränkt bleiben. Für diese Anwendungen, etwa bei der Herstellung von Mikrochips, Solarzellen oder biologisch aktiven Beschichtungen, könnten sich jedoch schnell ganz neue Möglichkeiten durch präparative Massenspektrometrie eröffnen. Mit den publizierten Ergebnissen hat die Nachwuchsforschergruppe einen wichtigen Meilenstein in ihrem Projekt erreicht, das seit 2020 durch den Freigeist Fellowship der Volkswagenstiftung gefördert wird.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
PlasmaQuant MS Elite von Analytik Jena
Massenspektrometer für hochempfindliche Forschungsanwendungen und niedrigste Nachweisgrenzen
Die Erfolgsformel in der LC-ICP-MS – PlasmaQuant MS-Serie und PQ LC
HPR-20 OEMS, Online Electrochemical Mass Spectrometer von Hiden Analytical
Online-Überwachung und Quantifizierung freigesetzter Gase und Dämpfe aus elektrochemischen Prozessen
Eine komplette Gasanalyselösung, die sich nahtlos in elektrochemische Anwendungen integrieren lässt
IonTamer ToF MS von Spacetek Technology
IonTamer-Instrumente sind Flugzeit-Restgasanalysatoren (TOF-RGA) für die Analyse von Gasen
Kompakter Flugzeit-Restgasanalysator (TOF-RGA) für die Prozessanalyse
isoprime precisION von Elementar Analysensysteme
Isotopenverhältnis-Massenspektrometer isoprime precisION
Das flexibelste und leistungsstärkste Isotopenverhältnis-Massenspektrometer aller Zeiten
BIOS ANALYTIQUE - Soluciones de Renting y Leasing para laboratorios von Bios Analytique
Ihr Spezialist für Vermietung und Leasing von Laborinstrumenten in Europa
Beim Finanzieren geht es nicht nur ums Geld verleihen - Es geht um Lösungen, die Wert schaffen
CATLAB Catalysis and Thermal Analysis von Hiden Analytical
Ein System zur Katalysatorcharakterisierung, kinetischen und thermodynamischen Messungen
Integriertes Mikroreaktor-Massenspektrometer für Reaktionstests, TPD/TPR/TPO und Pulschemisorption.
JEOL JMS-T2000GC AccuTOF GC-Alpha Time-of-Flight Mass Spectrometer von JEOL
Erleichterung im Laboralltag? Starten Sie mit AccuTOF GC-Alpha in eine neue Ära Massenspektrometrie!
Schluss mit fehlerhaften Hypothesen und unwirtschaftlichen Schleifen! Exakte Daten ohne Kompromisse!
Xevo TQ Absolute von Waters
Ein neues Tandem Quadrupol Massenspektrometer für Quantifizierung mit Absoluter Power
Absolute Performance, Effizienz, Produktivität und Vertrauen für Ihre anspruchsvollsten Verbindungen
Thermo Scientific TSQ Triple Quadrupole Mass Spectrometry Systems von Thermo Fisher Scientific
Zuverlässige Quantifizierung mit Triple-Quadrupol-LC-MS-Systemen
Massenspektrometrie-Systeme
Orbitrap Exploris GC Mass Spectrometer von Thermo Fisher Scientific
Orbitrap Exploris GC-MS – Vereinfachen Sie Ihre Analytik und nutzen Sie die neuen Möglichkeiten
Gerüstet sein für wechselnde Anforderungen, Betriebszeit maximieren und Laborkapazitäten erweitern
HPR-20 R&D von Hiden Analytical
Ein spezielles Triple-Filter-Massenspektrometer für den Labortisch zur Überwachung von entwickelten Gasen und Dämpfen
Bietet eine erhöhte Auflösung und Empfindlichkeit mit einer Nachweisgrenze von bis zu 5 ppb
NexION® 5000 von PerkinElmer
NexION 5000 Multi-Quadrupole ICP Mass Spectrometer
NexION 5000 Multi-Quadrupole ICP Mass Spectrometer
expression® Compact Mass Spectrometer von Advion Interchim Scientific
Massenspektrometrie schnell, einfach und direkt an der Bench durchführen
Finden Sie Ihre kompakte Analyse-Lösung für Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase
iCAP RQ single Quadrupole ICP-MS von Thermo Fisher Scientific
Robustes ICP-MS mit einfacher Bedienung und hoher Produktivität für die Routineanalytik
Eine komplette Multielement-Analyselösung für Hochdruchsatz-Routineanwendungen
iCAP TQ Triple Quadrupole ICP-MS von Thermo Fisher Scientific
Interferenzen überwinden, Nachweisgrenzen senken und Datenqualität verbessern
Leicht niedrigste Nachweisgrenzen auch bei anspruchsvollsten analytischen Anwendungen erreichen
TSQ 9610 GC-MS/MS von Thermo Fisher Scientific
TSQ 9610 GC-MS/MS - hervorragende Empfindlichkeit und Selektivität bei zuverlässiger Produktivität
Unnötige und ungeplante Ausfallzeiten vermeiden, Helium sparen und Produktivität maximieren
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Massenspektrometrie
Die Massenspektrometrie ermöglicht es uns, Moleküle aufzuspüren, zu identifizieren und ihre Struktur zu enthüllen. Ob in der Chemie, Biochemie oder Forensik – Massenspektrometrie eröffnet uns ungeahnte Einblicke in die Zusammensetzung unserer Welt. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Massenspektrometrie!
Themenwelt Massenspektrometrie
Die Massenspektrometrie ermöglicht es uns, Moleküle aufzuspüren, zu identifizieren und ihre Struktur zu enthüllen. Ob in der Chemie, Biochemie oder Forensik – Massenspektrometrie eröffnet uns ungeahnte Einblicke in die Zusammensetzung unserer Welt. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Massenspektrometrie!
Themenwelt Synthese
Die chemische Synthese steht im Zentrum der modernen Chemie und ermöglicht die gezielte Herstellung von Molekülen mit spezifischen Eigenschaften. Durch das Zusammenführen von Ausgangsstoffen in definierten Reaktionsbedingungen können Chemiker eine breite Palette von Verbindungen erstellen, von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Wirkstoffen.
Themenwelt Synthese
Die chemische Synthese steht im Zentrum der modernen Chemie und ermöglicht die gezielte Herstellung von Molekülen mit spezifischen Eigenschaften. Durch das Zusammenführen von Ausgangsstoffen in definierten Reaktionsbedingungen können Chemiker eine breite Palette von Verbindungen erstellen, von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Wirkstoffen.
