Reine Formsache

Die Reaktionsrate vieler Moleküle hängt von ihrer Gestalt ab

08.10.2013 - Deutschland

Die meisten Moleküle kommen in mehreren Formen vor, die sich ganz unterschiedlich verhalten können. Mit einer Sortiermaschine für Moleküle kann ein deutsch-schweizerisches Forscherteam jetzt erstmals die unterschiedlichen Reaktionsraten verschiedener Formen derselben Verbindung direkt messen. Das CFEL ist eine Kooperation von DESY, der Universität Hamburg und der Max-Planck-Gesellschaft.

Yuan-Pin Chang/DESY

Künstlerische Darstellung des Sortiervorgangs. Konformere mit einem größeren Dipolmoment (hier blau markiert) werden stärker abgelenkt als solche mit einem kleineren Dipolmoment (hier rot markiert). So kann gezielt eine Sorte Konformere zur Reaktion mit den tiefgekühlten Kalziumionen (hellblau dargestellt) gebracht werden.

Jochen Küpper/DESY

Zwischen dem elektrisch geladenen Metallstab im Zentrum und dem darunter liegenden Trog entsteht ein inhomogenes (ungleichmäßiges) elektrisches Feld, das Konformere mit unterschiedlichen Dipolmomenten verschieden stark ablenkt.

Yuan-Pin Chang/DESY
Jochen Küpper/DESY

Viele chemische Verbindungen haben zahlreiche sogenannte Konformere - das sind verschiedene Formen eines Moleküls, bei denen manche Bausteine räumlich anders angeordnet (verdreht) sind. „Schon winzige Änderungen in der Struktur können großen Einfluss auf die Eigenschaften einer Verbindung haben", erläutert Küpper. „Wir möchten wissen, wie genau sich die Molekülstruktur auf chemische Reaktionen auswirkt. Unter Umständen können verschiedene Konformere sogar zu unterschiedlichen Reaktionsprodukten führen."

Um solche Unterschiede genauer zu untersuchen, haben die Wissenschaftler eine Sortiermaschine für Moleküle gebaut, mit der sich ein Konformer gezielt herauspicken und in eine chemische Reaktion einspeisen lässt. Die Apparatur nutzt die Tatsache, dass durch eine Änderung der Struktur in der Regel auch das sogenannte Dipolmoment eines Moleküls modifiziert wird. Das Dipolmoment beschreibt, wie ein Molekül auf ein elektrisches Feld reagiert. Die Sortiermaschine erzeugt zwischen einem elektrisch geladenen Stab und einem Trog ein ungleichmäßiges elektrisches Feld. Schicken die Forscher mehrere Konformere zugleich durch den schmalen Schlitz zwischen Stab und Trog, werden diese durch das Feld unterschiedlich stark abgelenkt. Die Apparatur liefert so sortierte Strahlen verschiedener Konformere, die räumlich getrennt und separat in eine Reaktionskammer gelenkt werden können.

Zum Test schickten die Wissenschaftler um Küpper und Willitsch zwei Konformere einer gut bekannten Verbindung aus der Gruppe der Aminophenole zum Sortieren durch die Apparatur. Aminophenole sind organische Verbindungen, die unter anderem zur Herstellung von Arzneimitteln und Farbstoffen benutzt werden. Die gewählten Konformere unterschieden sich lediglich durch die Richtung, in der ein einzelnes Wasserstoffatom an einem Sauerstoffatom hängt. „Dadurch hat das eine Konformer ein dreimal größeres Dipolmoment als das andere", erläutert Küpper.

Die verschiedenen sortierten Strahlen leiteten die Wissenschaftler abwechselnd in eine in Basel entwickelte sogenannte Ionenfalle, wo die beiden Konformere mit elektrisch geladenen Kalziumatomen (Kalziumionen) reagieren konnten. „In der Ionenfalle werden die Kalziumatome fast auf den absoluten Nullpunkt der Temperatur bei minus 273 Grad Celsius abgekühlt. Dabei ordnen sie sich im Raum an und bilden ein ideales Ziel für Reaktionen mit den räumlich getrennten Konformeren", sagt Willitsch.

„Es zeigte sich, dass eines der Konformere eine doppelt so hohe Reaktionsrate hat wie das andere", berichtet Yuan-Pin Chang vom CFEL. Eine winzige Änderung in der Struktur führt damit zu großen Unterschieden in der chemischen Reaktivität. „Auf diese Weise erlaubt die Methode Einsichten in fundamentale Reaktionsmechanismen, die zu effektiveren Synthesen von neuen Molekülen wie beispielsweise pharmazeutischen Wirkstoffen führen können", betont Willitsch.

In einem nächsten Schritt wollen die Forscher die Ionenfalle so verbessern, dass sich zahlreiche Ionen und Moleküle als Reaktionspartner für sortierte Konformere nutzen lassen. Zudem wird die Falle mit einem Massenspektrometer kombiniert, um die Reaktionsprodukte genauer bestimmen zu können.

 

Originalveröffentlichung

Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft

Diese Produkte könnten Sie interessieren

HPR-20 OEMS, Online Electrochemical Mass Spectrometer

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

PlasmaQuant MS Elite

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

IonTamer ToF MS

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

Restgasanalysatoren
isoprime precisION

isoprime precisION von Elementar Analysensysteme

Isotopenverhältnis-Massenspektrometer isoprime precisION

Das flexibelste und leistungsstärkste Isotopenverhältnis-Massenspektrometer aller Zeiten

Isotopenverhältnis-Massenspektrometer
CATLAB Catalysis and Thermal Analysis

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.

Massenspektrometer
BIOS ANALYTIQUE - Soluciones de Renting y Leasing para laboratorios

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

Laborgeräte
Xevo TQ Absolute

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

Massenspektrometer
JEOL JMS-T2000GC AccuTOF GC-Alpha Time-of-Flight Mass Spectrometer

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!

TOF-Massenspektrometer
Orbitrap Exploris GC Mass Spectrometer

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

Orbitrap-Massenspektrometer
Thermo Scientific TSQ Triple Quadrupole Mass Spectrometry Systems

Thermo Scientific TSQ Triple Quadrupole Mass Spectrometry Systems von Thermo Fisher Scientific

Zuverlässige Quantifizierung mit Triple-Quadrupol-LC-MS-Systemen

Massenspektrometrie-Systeme

Triple-Quadrupol-Massenspektrometer
HPR-20 R&D

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

Quadrupol-Massenspektrometer
NexION® 5000

NexION® 5000 von PerkinElmer

NexION 5000 Multi-Quadrupole ICP Mass Spectrometer

NexION 5000 Multi-Quadrupole ICP Mass Spectrometer

ICP-Massenspektrometer
expression® Compact 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

Massenspektrometer
iCAP TQ Triple Quadrupole ICP-MS

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

ICP-Massenspektrometer
iCAP RQ single Quadrupole ICP-MS

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

ICP-Massenspektrometer
TSQ 9610 GC-MS/MS

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

Triple-Quadrupol-Massenspektrometer
Loading...

Meistgelesene News

Weitere News von unseren anderen Portalen

So nah, da werden
selbst Moleküle rot...

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!

35+ Produkte
5+ White Paper
30+ Broschüren
Themenwelt anzeigen
Themenwelt 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!

35+ Produkte
5+ White Paper
30+ Broschüren