03.07.2020

Doppelter Wassermantel

Einbettung von hydrophoben Molekülen in Wasser exakt analysiert.

Wasser­abweisende Moleküle sind im Wasser von einer Ummantelung aus zwei verschiedenen Schichten umgeben: Die innere Lage bildet ein zwei­dimensionales Netzwerk. Darüber liegt eine Übergangsschicht, die eine stärkere Bindung zum umgebenden Wasser hat. Bisher hatte man angenommen, dass in der innersten Schicht um solche wasser­abweisenden Moleküle tetra­edrische, eisähnliche Formationen von Wasser­molekülen überwiegen. Das Gegenteil ist der Fall, wie nun das Team von Martina Havenith, Leiterin des Bochumer Lehrstuhls für Physikalische Chemie II an der Ruhr-Universität Bochum, entdeckt hat. 

Abb.: Netzwerk von Wasserstoff­brücken­bindungen um ein Alkohol-Molekül....
Abb.: Netzwerk von Wasserstoff­brücken­bindungen um ein Alkohol-Molekül. (Bild: M.-P. Gaigeot)

In der Arbeit untersuchten die Forscher das Wasserstoff­brücken­netzwerk rund um den hydrophoben gelösten Alkohol tert-Butanol. Alkohole dienen der Forschung als einfaches Modell für wasser­abweisende Moleküle. Das Team kombinierte dazu Messungen mit der Terahertz-Spektro­skopie mit Resultaten aus Simulationen. Dazu schickten die Forscher Strahlung im THz-Bereich in die Probe, welche einen Teil der Strahlung absorbierte. Über das Absorptions­verhalten entstand ein detailliertes Bild der das Molekül umgebenden Wasser­schichten. „Wir nennen die innerste Lage ‚HB-wrap’, wobei HB für water hydrogen bond, also Wasserstoff­brückenbindung steht“, erläutert Martina Havenith. Die darüber liegende Schicht wird als „HB-hydration2bulk“ bezeichnet, also die Verbindung zum restlichen Wasser. Beide Lagen der Ummantelung zusammen sind teilweise nur so dick wie eine einzelne Schicht Wasser­moleküle. „Es kann vorkommen, dass ein Wassermolekül beiden Schichten angehört“, so Havenith.

Bei Temperatur­erhöhung schmilzt zuerst die äußere Schicht, die innere hält sich länger um das Molekül. „Das liegt daran, dass die innere Schicht durch die wasser­abweisenden Eigen­schaften des umschlossenen Moleküls weniger Bewegungs­freiheit hat“, erklärt die Forscherin. „Die einzelnen Wasser­moleküle müssen sich stets davon abwenden, daher bilden sie nur ein zwei­dimensionales, loses Netz.“ Die Moleküle darüber haben mehr Freiheiten und daher auch mehr Verbindungs­möglichkeiten untereinander. Diese Art der Wechselwirkung ist unter anderem bedeutend für Faltungs­prozesse von Proteinen und die biomolekulare Erkennung zwischen einem Medikament und seinem Target­molekül. Ein Verständnis der Rolle des Wassers spielt dabei eine zentrale Rolle.

RUB / JOL

Weitere Infos

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Meist gelesen

Themen