Einem chemischen Rätsel auf der Spur

Mit präzisen Methoden verstehen, wie Kristalle entstehen

30.01.2006

Eines der großen Rätsel der Chemie wollen Wissenschaftler der Universitäten Bochum, Duisburg-Essen und Düsseldorf in einer neuen, von der DFG finanzierten Forschergruppe lösen: Wie setzen sich einzelne Moleküle zu Molekülaggregaten zusammen und bilden schließlich makroskopische Kristalle? Viele schwache ("nichtkovalente") Wechselwirkungen zwischen einzelnen Molekülen haben in der Summe eine große Wirkung und bestimmen die Struktur flüssiger wie fester Materie.

Um diese Strukturen gezielter untersuchen und besser aus den Eigenschaften einzelner Moleküle vorhersagen zu können, bündeln die Forscher aufwändige experimentelle und theoretische Methoden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt die "Forschergruppe 618" zunächst für drei Jahre mit 1,6 Millionen Euro. Sprecher ist Prof. Dr. Wolfram Sander (Fakultät für Chemie der RUB).

Schwache Wechselwirkungen zwischen Molekülen bewirken, dass Flüssigkeiten flüssig bleiben und nicht sofort verdampfen und dass Moleküle in wohlgeordneter Form kristallisieren. Auch nahezu alle biologischen Prozesse bis hin zum Funktionieren einer Zelle hängen auf fundamentale Weise von diesen nichtkovalenten Wechselwirkungen ab. Aufgrund ihrer besonderen Natur lassen sich die Wechselwirkungen aber sowohl experimentell als auch theoretisch nur mit einem sehr großen Aufwand untersuchen. Bislang lässt sich beispielsweise die Struktur von Molekülkristallen nicht voraussagen - das ist eines der ungelösten Probleme chemischer Grundlagenforschung.

Hier setzt die neue Forschergruppe mit dem Arbeitstitel "FOR 618" an: Vier Arbeitsgruppen der Fakultät für Chemie der RUB, zwei Arbeitsgruppen des Fachbereiches Chemie der Universität Duisburg-Essen und eine Arbeitsgruppe des Instituts für Physikalische Chemie der Universität Düsseldorf untersuchen die nichtkovalenten Wechselwirkungen zwischen kleinen Molekülen mit präzisen experimentellen und theoretischen Methoden. Das Repertoire reicht von höchstauflösender Infrarotspektroskopie in der Gasphase über Messungen bei tiefsten Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt bis zur Bestimmung der Strukturen von Molekülaggregaten in Kristallen. Ergänzt wird dies um theoretische Methoden, zum Beispiel sehr genaue quantenchemische Verfahren für kleine Aggregate von Molekülen, sowie dynamische und statistische Methoden zur Berechnung komplexer Strukturen. Indem die Wissenschaftler diese Methoden bündeln, hoffen sie zu verstehen, wie Kristalle aus einzelnen Molekülen entstehen.

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