Kemister från Ruhr-Universität Bochum hoppas få reda på hur starkt de spegelbildade kemiska molekylerna – så kallade kirala föreningar – interagerar med sina interaktionspartners. De koncentrerar sig på halogenbindningar som molekyler med en brom- eller jodatom kan bilda. Dessa interaktioner undersöks för närvarande inom många områden av kemin som designelement för funktionella molekyler, såsom moderna katalysatorer och nya material eller farmaceutiskt aktiva föreningar. Arbetet av forskarna under ledning av Dr Christian Merten från Institutionen för organisk kemi II finansieras av Boehringer Ingelheim Foundation som en del av programmet "Plus 3" perspektiv med cirka 760, 000 euro för tre år. Projektet startar i november 2018.

Kemiska spegelbilder kan ha väldigt olika effekter

Många molekyler, som aminosyror och sockerarter, finns i två spegelbildade rumsliga arrangemang, men vanligtvis förekommer bara en av dem i naturen. "Biologiskt, effekten av kirala molekyler kan vara mycket olika, säger Christian Merten, en medlem av Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation, Resolv för kort. "Detta beror främst på att spegelbildsformerna interagerar med biomolekyler som enzymer på olika sätt."

Kemister strävar därför efter målet att specifikt producera en av spegelbildsformerna och kunna exakt förstå och förutsäga dess interaktioner med andra molekyler. Projektet "Stereokemisk kommunikation som sond för halogenbindningsinteraktioner" av de Bochum-baserade forskarna är huvudsakligen dedikerat till den andra aspekten, styrkan i samspelet.

Halogenbindningar är svåra att studera

En halogenbindning bildas mellan den positivt polariserade änden av en kol-brom- eller kol-jodbindning av en molekyl och en interaktionspartner. Energin i denna svaga interaktion är särskilt svår att kvantifiera. "Interaktionsenergierna hos modellämnen, som vi väl kan beskriva med moderna teoretiska metoder, är svåra att experimentellt bestämma eftersom ämnena ofta är gasformiga, " förklarar Christian Merten. "Men de modellämnen som vi enkelt kan hantera experimentellt är vanligtvis alldeles för stora och komplexa för dagens mest exakta datormodeller." halogenbindningsinteraktioner i lösning konkurrerar ofta med andra intermolekylära interaktioner, såsom interaktioner med lösningsmedel.

Teamet hoppas kunna kringgå detta problem med en ny experimentell uppsättning. Forskarna ersätter lösningsmedlet med ädelgaser som kondenseras under tryck och vid låga temperaturer. De är inerta och kan inte bilda några störande interaktioner.

Förutsägelser som mål

För ett antal modellsystem, kemister vill ta reda på om halogenbindningar mellan kirala molekyler har olika energier. De är främst intresserade av vad som händer när två olika kirala ämnen interagerar med varandra. Det avgörande här är vilka spegelbilder som möts. "Det här är som två händer som skakar varandra, " Christian Merten förklarar. "Handslaget fungerar optimalt med två höger- eller två vänsterhänder; med en höger och en vänster hand, det gör det inte." De två typerna av interaktion skiljer sig åt i energin de innehåller, beroende på hur väl molekylerna passar ihop. Forskarna vill mäta hur stor skillnaden är.

"Vårt mål är att en dag kunna förutsäga vilka strukturella element som behövs för att göra denna process av kiral igenkänning så effektiv som möjligt, säger Merten.