Wie bei vielen anderen chemischen Reaktionen standen auch hinter den Abläufen bei der sogenannten nukleophilen Substitutionsreaktion einige Fragezeichen. Nun gelang es Innsbrucker Forschern erstmals, die Dynamik hinter der Verpartnerung aufzuklären, hieß es in einer Aussendung. Dabei klärten sie, wie der Wettstreit um die Art der chemischen Partnerschaft unter bestimmten Voraussetzungen ausgeht.
In einer aktuellen Studie im Fachjournal "Nature Communications" untersuchte eine Arbeitsgruppe um den Physiker Roland Wester vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik organische Verbindungen, an deren zentralem Kohlenstoffatom mehrere Methylgruppen gebunden sind. In einer Vakuumkammer ließen die Forscher diese Moleküle mit geladenen Teilchen (Ionen) aus der chemischen Gruppe der Halogene, wie Fluor, Iod oder Chlor, kollidieren.
Zwei unterschiedliche Reaktionen möglich
Dabei kann es zu zwei unterschiedlichen Reaktionen kommen: Bei der nukleophilen Substitutionsreaktion bindet das Ion an das Molekül und dieses stößt stattdessen ein bisher gebundenes Halogenatom ab. Bei der Eliminierungsreaktion schlägt das Ion hingegen ein Wasserstoffatom aus der Methylgruppe und "fliegt" damit davon. "Diese beiden Reaktionen sind im Wettstreit", erklärte Wester. Dabei sei eben nicht vorherzusehen, welche Reaktion stattfinden würde. Das ist für die Synthese von chemischen Verbindungen ungünstig, weil die Ergebnisse so nicht kontrollierbar sind.
Mit über mehrere Wochen hinweg verfeinerten Messungen konnten die Forscher nun feststellen, dass die Eliminierungsreaktion bei größeren Molekülen immer mehr die Oberhand gewinnt und die nukleophile Substitutionsreaktion sogar irgendwann verschwindet. Der Aufbau der Innsbrucker Forscher erlaubte es nun erstmals, Daten aus direkten Beobachtungen zu analysieren. Bisher waren nur indirekte Antworten auf die Fragestellung möglich.
Der Vorgang der nukleophilen Substitution spielt eine wichtige Rolle in der organischen Synthese, beispielsweise bei der Herstellung von Vitaminen. Dabei wird eine bisher an das Molekül gebundene Gruppe oder ein einzelnes gebundenes Atom durch einen neuen Bindungspartner ausgetauscht.
Service: http://www.nature.com/articles/s41467-017-00065-x
(APA/red, Foto: APA/Uni Innsbruck)
