Erstmals Bildung von Wasserstoffbrücken beobachtet

9. Mai 2017, 09:30
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Einblick mithilfe der Rasterkraftmikroskopie und zyklischer Kohlenwasserstoff-Verbindungen

Basel – Wasserstoffbrückenbindungen spielen in der Natur eine wichtige Rolle: Sie sind es, die viele der Moleküle in unserem Organismus in ihrer richtigen Konfiguration zusammenhalt, zum Beispiel unser Erbgut. So allgegenwärtig sie sind, so schwierig waren sie mit den bisherigen Analysemethoden zu fassen. Forscher der Uni Basel haben nun erstmals beobachtet, wie sich diese Bindungen bilden.

Mit den verschiedenen Methoden, um einzelne Atome und Bindungen sichtbar zu machen, konnten Forscher Wasserstoffatome und -brücken bisher nicht untersuchen. Auch die Rasterkraftmikroskopie lieferte bislang keine eindeutigen Ergebnisse. Ein Team um Shigeki Kawai und Ernst Meyer von der Universität Basel berichtet gemeinsam mit internationalen Kollegen im Fachblatt "Science Advances", dass ihnen das nun aber doch gelungen sei.

Ihr Trick bestand in einem hochauflösenden Rasterkraftmikroskop und der Wahl der richtigen Moleküle: Die gewählten zyklischen Kohlenwasserstoff-Verbindungen ähneln der Konfiguration eines Propellers und heißen entsprechend, nämlich Propellane. Auf einer Oberfläche ordnen sie sich so an, dass immer zwei Wasserstoffatome nach oben zeigen.

Vorhersage bestätigt

Mit der Spitze des Rasterkraftmikroskops, die man sich wie die Nadel eines Plattenspielers vorstellen kann, brachten die Forscher ein Kohlenmonoxid-Molekül so nahe an die beiden Wasserstoffatome, dass sich Wasserstoffbrücken bildeten. So konnten sie mit dem Instrument auch gleich die Kräfte und Abstände zwischen dem Sauerstoffatom des Kohlenmonoxids an der Spitze und den Wasserstoffatomen des Propellans messen.

Die Werte entsprachen genau dem, was Wissenschafter der Aalto-Universität in Finnland durch Berechnungen vorhergesagt hatten. Das bestätige, dass es sich bei der gemessenen Wechselwirkung tatsächlich um Wasserstoffbrückenbindungen handle und nicht um die deutlich schwächeren zwischenmolekularen Van-der-Waals-Kräfte oder die viel stärkeren Ionenbindungen, so die Forscher. (APA, 9.5.2017)

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