Chemici van de Ruhr-Universität Bochum hopen erachter te komen hoe sterk de spiegelbeeld-chemische moleculen - chirale verbindingen genaamd - interageren met hun interactiepartners. Ze concentreren zich op halogeenbindingen die moleculen met een broom- of jodiumatoom kunnen vormen. Deze interacties worden momenteel in veel gebieden van de chemie onderzocht als ontwerpelementen voor functionele moleculen, zoals moderne katalysatoren en nieuwe materialen of farmaceutisch actieve verbindingen. Het werk van de onderzoekers onder leiding van Dr. Christian Merten van de afdeling Organische Chemie II wordt gefinancierd door de Boehringer Ingelheim Foundation als onderdeel van het "Plus 3" perspectievenprogramma met ongeveer 760, 000 euro voor drie jaar. Het project start in november 2018.

Chemische spiegelbeelden kunnen heel verschillende effecten hebben

Veel moleculen, zoals aminozuren en suikers, bestaan ​​in twee gespiegelde ruimtelijke arrangementen, maar meestal komt er maar één van in de natuur voor. "biologisch, het effect van chirale moleculen kan heel verschillend zijn, " zegt Christian Merten, lid van het Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation, Resolve in het kort. "Dit komt vooral door het feit dat de spiegelbeeldvormen op verschillende manieren interageren met biomoleculen zoals enzymen."

Chemici streven daarom naar het doel om specifiek een van de spiegelbeeldvormen te produceren en de interacties met andere moleculen nauwkeurig te begrijpen en te voorspellen. Het project "Stereochemische communicatie als sonde voor halogeenbindingsinteracties" van de in Bochum gevestigde onderzoekers is voornamelijk gewijd aan het tweede aspect, de kracht van de interactie.

Halogeenbindingen zijn moeilijk te bestuderen

Een halogeenbinding vormt zich tussen het positief gepolariseerde uiteinde van een koolstof-broom- of koolstof-jodiumbinding van een molecuul en een interactiepartner. De energie van deze zwakke interactie is bijzonder moeilijk te kwantificeren. "De interactie-energieën van modelstoffen, die we goed kunnen beschrijven met moderne theoretische methoden, zijn moeilijk experimenteel vast te stellen omdat de stoffen vaak gasvormig zijn, ", legt Christian Merten uit. "Maar de modelstoffen die we experimenteel gemakkelijk kunnen hanteren, zijn meestal veel te groot en complex voor de meest nauwkeurige computermodellen van vandaag." halogeenbindingsinteracties in oplossing concurreren vaak met andere intermoleculaire interacties, zoals de interacties met oplosmiddelen.

Het team hoopt dit probleem te omzeilen met een nieuwe experimentele opstelling. De onderzoekers vervangen het oplosmiddel door edelgassen die onder druk en bij lage temperaturen vloeibaar worden. Ze zijn inert en kunnen geen storende interacties aangaan.

Voorspellingen als doel

Voor een aantal modelsystemen geldt scheikundigen willen weten of halogeenbindingen tussen chirale moleculen verschillende energieën hebben. Ze zijn vooral geïnteresseerd in wat er gebeurt als twee verschillende chirale stoffen met elkaar interageren. Doorslaggevend hierbij is welke spiegelbeelden elkaar ontmoeten. "Dit is als twee handen die elkaar schudden, Christian Merten legt uit. "De handdruk werkt optimaal met twee rechter- of twee linkerhanden; met een rechter- en een linkerhand, dat doet het niet." De twee soorten interactie verschillen in de energie die ze bevatten, afhankelijk van hoe goed de moleculen bij elkaar passen. De wetenschappers willen meten hoe groot het verschil is.

"Ons doel is om op een dag te kunnen voorspellen welke structurele elementen nodig zijn om dit proces van chirale herkenning zo efficiënt mogelijk te maken, ' zegt Merten.