Ob uns der Duft einer Rose betört, ob ein Medikament ein bestimmtes Enzym im Körper blockiert, ob die Erbinformation von der DNA abgelesen wird oder ob sich eine Gewitterwolke bildet - es geht jeweils um spezifische Wechselwirkungen zwischen Molekülen, die durch Wasserstoffbrücken und andere anziehende Kräfte sowie repulsive Kontakte vermittelt werden. Anhand einfacher Modellsysteme gehen wir solchen Wechselwirkungen auf den Grund.
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Am einfachsten Molekül, das mit seinesgleichen Wasserstoffbrücken eingehen kann, dem Fluorwasserstoff, haben wir die zwischenmolekulare Wechselwirkung in größtmöglichem Detail untersucht. Heute wenden wir das an diesem Modellsystem Gelernte auf größere Molekülaggregate an. |
| Wir interessieren uns zum Beispiel dafür, wie Wasserstoffbrücken zwischen Alkohol- und Wassermolekülen ausgebildet werden. Hierzu kühlen wir die Moleküle in einer Überschallexpansion knapp über den absoluten Temperatur-nullpunkt ab und sehen uns mittels Infrarot- und Ramanspektroskopie die Molekülschwingungen an. Diese zeigen an, ob und wie ein Molekül in Wechselwirkung zu anderen tritt. |  |
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Viele Moleküle sind chiral, d.h. sie kommen in einer rechtshändigen und in einer linkshändigen Form vor. Ähnlich wie beim Händedruck macht es dann einen Unterschied, ob man gleichartige oder spiegelbildliche Formen miteinander in Kontakt bringt. Diesen Unterschied konnten wir an mehreren besonders elementaren Systemen erstmals spektroskopisch nachweisen. Solche molekularen Erkennungsvorgänge sind in der Biochemie allgegenwärtig und wir können sie in der Gasphase im Detail verstehen. |
| Wenn wir die Moleküle in eine bis zu 23 m3 große Vakuumanlage expandieren lassen, herrschen für kurze Zeit weltraumähnliche Temperaturen von ca. -260°C. Wir nutzen diese Bedingungen, um die Moleküle aneinander zu binden und ihre Bewegung zu vereinfachen. Indem wir mit thermischer und Laserstrahlung dazwischenfunken, lernen wir etwas über ihre Wechselwirkungen. |  |
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Ein besonders einfaches Beispiel ist die Wechselwirkung zwischen Chlorwasserstoff (HCl) und Wasser. Sind genug Wassermoleküle vorhanden, so können sie den Chlorwasserstoff in Protonen und Chloridionen spalten. Das ergibt Salzsäure, z.B. im Magen. Mit nur einem oder zwei Wassermolekülen pro HCl-Molekül bleibt HCl noch intakt. Woher weiss man das und ab wann klappt es mit der Spaltung? Kürzlich ist es uns gelungen, die Schwingung eines intakten HCl-Moleküls mit ein bis drei Wassermolekülen erstmals direkt zu beobachten. In Anwesenheit vieler Wassermoleküle beobachten wir auch gespaltene HCl-Moleküle. |
| Wenn wir verstehen wollen, wie komplexe Moleküle sich am liebsten aneinanderschmiegen, müssen wir auf deren Energie-Landkarte in Dutzenden von Dimensionen wandern und nach dem tiefsten Tal suchen. Das beschäftigt die Computer manchmal wochenlang. |  |
 Blue haze - organic aerosols |
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Wenn ein Festkörper oder eine Flüssigkeit so fein verteilt ist, dass ein signifikanter Teil der Moleküle an der Oberfläche sitzt, ändern sich die Stoffeigenschaften. Auch die Schwerkraft spielt fast keine Rolle mehr, man spricht von Aerosolen. Wir untersuchen die Entstehung von Partikeln mit Durchmessern von wenigen millionstel Millimeter, wie sie bei der atmosphärischen Oxidation von Terpenen (organische Aerosole) oder Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (Ruß) entstehen. Aerosole beeinflussen die Wolkenbildung, können als Feinstäube die Gesundheit gefährden und sind wichtige Einflussparameter in Klimamodellen, mit denen man versucht die globale Erderwärmung nachzuvollziehen und möglichst verlässlich zu prognostizieren. Wir kombinieren infrarotspektroskopische Methoden und Messungen der Teilchenmobilität mit kinetischer Modellierung, um die Mechanismen der Partikelbildung in reaktiven Systemen zu untersuchen. |
| Sie finden uns im 1. Stock des Instituts für Physikalische Chemie. Sie können bei uns jederzeit Schnupperforschung betreiben oder vielleicht gleich im Rahmen einer Diplom- oder Doktorarbeit Experiment und Theorie miteinander verbinden. Dazu brauchen Sie neben dem, was die Prüfungsordnung verlangt, nur etwas Interesse an den Kräften, die die Materie zusammenhalten, ein wenig praktisches Geschick und/oder Computerinteresse, sowie eine große Portion Entdeckergeist. |  |
Philipp Zielke, Martin A. Suhm
Raman jet spectroscopy of formic acid dimers: Low frequency vibrational dynamics
and beyond
Phys. Chem. Chem. Phys. 9 (2007) 4528-4534
doi:10.1039/b706094g
Merwe Albrecht, Corey A. Rice and Martin A. Suhm
Elementary Peptide Motifs in the Gas Phase: An FTIR Aggregation Study of
Formamide, Acetamide, N-Methylformamide, and N-Methylacetamide
J. Phys. Chem. A 112 (2008) 7530-7542
doi:10.1021/jp8039912
Marija Nedic, Tobias N. Wassermann, Zhifeng Xue, Philipp Zielke, and Martin A. Suhm
Raman spectroscopic evidence for the most stable water/ethanol dimer and for the
negative mixing energy in cold water/ethanol trimers
Phys. Chem. Chem. Phys. 10 (2008) 5953-5956
doi:10.1039/b811154e
Anne Zehnacker and Martin A. Suhm
Chirality Recognition between Neutral Molecules in the Gas Phase
Angew. Chem. Int. Ed. 47 (2008) 6970-6992
doi:10.1002/anie.200800957
Revised 2010-11-29