10.03.2011

Vorhersage (aus) der Kristallkugel

Berechnung aller drei bekannten Kristallstrukturen einer organischen Verbindung geglückt.

Vorhersage (aus) der Kristallkugel

Berechnung aller drei bekannten Kristallstrukturen einer organischen Verbindung geglückt.

Bereits geringe Unterschiede in den Herstellungsbedingungen, etwa Schwankungen bei Druck oder Temperatur, können ausreichen, dass Feinchemikalien wie Pharmaprodukte, Pigmente, Explosivstoffe oder Agrochemikalien in einer anderen Form kristallisieren. Das kann zu Schwierigkeiten im Produktionsprozess oder zu ungünstigen Produkteigenschaften führen. Deswegen Wissenschaftler setzen Computerchemie-Methoden ein, um Informationen über Molekülstrukturen und Kristallisationsprozesse zu gewinnen. Alle Einflussgrößen zu berücksichtigen, würde jedoch die derzeitigen Rechenkapazitäten sprengen.

Abb.: Experimentelle Rückschlüsse (grün) und berechnete Voraussagen (blau) einer der möglichen Kristallstrukturen des Moleküls „VI“ des Blindtests von 2001 im Vergleich. (Bild:  H. C. S. Chan et al., Angew. Chem.)

Zur Förderung solcher Simulationsmethoden werden in einem internationalen Projekt regelmäßig Blindstudien veranstaltet, bei denen Arbeitsgruppen Kristallstrukturen vorhersagen sollen. Frank Leusen und seine Kollegen an der University of Bradford nahmen sich eine Testverbindung, ein Sulfonimid, vor, deren Kristallstrukturen in der Blindstudie von 2001 von keinem einzigen der teilnehmenden Teams vorhergesagt werden konnten. Mit einem quantenmechanischen DFT(d)-Ansatz gelang ihnen die Vorhersage der drei bekannten Kristallstrukturen eines Sulfonimids.
 

„Auch wenn es derzeit noch nicht möglich ist, den Ausgang eines spezifischen Kristallisationsexperiments unter bestimmten Randbedingungen vorherzusagen“, führt Leusen aus, „so zeigen unsere Ergebnisse doch, dass genaue Berechnungen der Gitterenergie ausreichen, um die Kristallisationsthermodynamik zu modellieren und so die verschiedenen Kristallstrukturen niedermolekularer organischer Moleküle vorherzusagen.“

GDCh / KK

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