Kernspinspektroskopie von H-Brücken

Mithilfe aufwändiger Computersimulationen haben Chemiker der Universität Paderborn eine neue Methode zur experimen­tellen Bestimmung der Bindungs­stärke von Wasser­stoff­brücken entwickelt. Diese sind für die speziellen Eigen­schaften vieler für Lebe­wesen wichtiger Biomoleküle wie DNA, Proteine und Kohlen­hydrate von enormer Bedeutung. War bisher nur eine grobe Klassifi­kation möglich, haben Chemiker der Uni Paderborn bei Computer­simula­tionen jetzt eine Gleichung entdeckt, mit der sich die Stärke dieser Bindungen mithilfe von spektro­skopischen NMR-Messungen genau bestimmen lässt.

Wasserstoffbrückenbindungen entstehen in der anziehenden Wechsel­wirkung von stark positiv polarisierten Wasserstoff­atomen und freien Elektronen­paaren benachbarter Moleküle, kommen vor allem in gasförmigen und flüssigen Stoffen, am stärksten in Wasser, vor und sind deshalb auch für Struktur und Funktion vieler Biomoleküle verant­wortlich: So hängt etwa die Bindungs­affinität von Wirk­stoffen an ihre Ziel­strukturen von den gebildeten Wasserstoff­brücken ab. Mit dem neuen Verfahren lässt sich die Stärke dieser zwischen­molekularen Kräfte künftig genau bestimmen.

Das hat laut Thomas Kühne, Professor für Technische Chemie und Leiter der Arbeits­gruppe, Einfluss auf die Chemie, Physik und auch die Material­wissen­schaften. „Mit Hilfe dieses neuen Verfahrens lassen sich zukünftig eine ganze Reihe von interes­santen Effekten an Grenz­flächen wie zum Beispiel Korrosion und Wasser­stoff­versprödung genauer unter­suchen.“ Kühne gehört zum Vorstand des Instituts für Leichtbau mit Hybrid­systemen der Uni Paderborn: Die Ergebnisse seiner theoretischen Arbeit können dort in die Entwick­lung neuer Werk­stoffe für den Automobil­leichtbau einfließen. Die Computer­simulationen haben er und seine Gruppe im Paderborner Zentrum für Paralleles Rechnen (PC²) durchgeführt.

U. Paderborn / OD