Chiralität und langreichweitige chirale Erkennung

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1 Hauptseminar Physik SS 08 Chiralität und langreichweitige chirale Erkennung von Simon Gordon [1] MPG [2] ÖZBP Inhalt Einleitung Grundlagen Cysteinmoleküle auf einer Goldoberfläche Zusammenfassung und Ausblick 2 1

2 Einleitung Definition: Chiralität Chi ra li tät [ç-; zu griechisch cheír»hand«] die; - <engl.>: Eigenschaft von Körpern u. chem. Strukturen (z. B. Molekülen), sich mit ihrem Spiegelbild nicht zur Deckung bringen zu lassen [1] [3] BNT 3 Einleitung Motivation Eigenschaft der Moleküle bestimmt durch: Summenformel Konstitution, Struktur Chiralität Physikalische Eigenschaften der Enantiomere sehr ähnlich Große Bedeutung in der Biologie und Physiologie Gleiche Chiralität aller organischen Naturstoffe Bei chemischer Synthese treten beide Formen auf 4 2

3 Einleitung Motivation Geruchssinn kann Chiralität unterscheiden (R)-Limonen => Orange (S)-Limonen => Zitrone Unterschiedliche Wirkung der Medikamente Thalidomid (Contergan) Linkshändige Form => erholsamen Schlaf Rechtshändige Form => Wachstumsbehinderung von Gewebe und Blutgefäßen [4] Kneiper [5] Priebe 5 Grundlagen Physikalische Grundlagen Unterschiedliche Eigenschaften Optische Aktivität Nomenklatur: Bezug: Optische Aktivität Ordnungszahl der Nachbaratome Zucker Symbole: + / - R / S D / L Benennung: +: rechtsdrehend -: linksdrehend R(ectus): richtig S(inister): falsch D(exter): rechts L(aevus): links 6 3

4 Grundlagen Dreipunkt-Kontaktmodell Das Molekül mit den verschiedene Atomen A, B und C passt zu den entsprechenden Gegenstellen A, B und C Das gespiegelte Molekül passt nicht zu der Gegenstelle [6] Kühnle 7 Cysteinmoleküle auf einer Goldoberfläche Bedampfung einer 110-Goldoberfläche mit: L-Cystein D-Cystein Cysteinracemat Umgebungsbedingungen: Ultrahochvakuum, Raumtemperatur Erwärmung auf 340 K für 15 Minuten [6] Kühnle 8 4

5 Cysteinmoleküle auf einer Goldoberfläche Beobachtung des Ergebnissen mit Rastertunnelmikroskop (STM) Keine einzelnen Moleküle Brechung der Symmetrie Bildung von um 20 gedrehten Paaren Bildung von homochiralen L-Cysteindimeren oder D-Cysteindimeren Auch im Racemat keine Bildung heterochiraler Dimere [6] Kühnle 9 Cysteinmoleküle auf einer Goldoberfläche Berechnung der Ergebnisse mit DFT (Dichte-Funktional-Theorie) In der Gasphase: Bildung von stabilen Cysteindimere durch Bindung zwischen Carboxylgruppen Auf der Oberfläche zusätzlich: Bindung zwischen Schwefel und Goldatomen der 1. und 2. Schicht Bindung zwischen Elektronen der Aminogruppe und Goldatomen [6] Kühnle 10 5

6 Cysteinmoleküle auf einer Goldoberfläche Mögliche gemischte Paare Austausch eines L-Cysteins durch D-Form Keine Bindung zwischen Aminogruppe und Gold 0,2 ev instabiler Spiegelung eines L-Cysteins Aufbrechung der Bindung zwischen den Carboyxlgruppen [6] Kühnle 11 Bedampfen einer 110-Kupferoberfläche mit Prochiralem Adenin Umgebungsbedingungen Ultrahochvakuum Raumtemperatur [7] Uni Basel [8] Chen 12 6

7 Bildung von Adeninketten Bestehend aus Dimeren homochiral In (1,2) oder (-1,2) Richtung Korrelation zwischen Richtung und Chiralität Im Mittel 6,5 nm lang Danach wird die Oberfläche S-Phenylglycine ausgesetzt [8] Chen [9] Sigma Aldrich 13 Anlagerung von Phenylglycineketten parallel zu den Adeninketten Nur in (1,2)-Richtung Doppelreihig Homochiral strukturiert [8] Chen 14 7

8 [8] Chen 15 Berechnung der Ergebnisse mit Hilfe von DFT Bildung der Adeninkette aus Dimere Bildung der Dimere: Wasserstoffbrückenbildung Bindung zwischen Stickstoffatomen und Kupferatomen [10] Blankenburg 16 8

9 Bildung der Phenylglycineketten Ohne Adenin nur 0,01 ev Differenz Mit Adenin und Kupferoberfläche 0,1 ev Differenzenergie Aminogruppe entscheidend Ladungstransport über Kupferoberfläche [10] Blankenburg 17 Zusammenfassung und Ausblick Gute Übereinstimmung der Berechnungen mit den Beobachtungen Einfache Umgebung Bedeutende Prozesse Besseres Verständnis der Abläufe möglich verstehen der biologischen Abläufe Realität: Sehr komplexe Systeme Herstellung eines Enatiomers 18 9

10 Quellennachweise Quellennachweis der Bilder [1] MPG: Max-Planck-GesellschaftPHPSESSID= 2f93661b b74ce21fc941209b1 [2] ÖZBP: Schloegl/ jpg [3] BNT: Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim; Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, 2003 [4] Kneiper: [5] Priebe: [6] Kühnle: Kühnle A., Linderoth R. T., Hammer B., Besenbacher F.: Chiral regcognition of adsorbed cysteine observed by scanning tunnelling microscopy. Nature 415, p , London, 2002 [7] Uni Basel: [8] Chen: Chen Q., Richardson N. V.: Enantiomeric interactions between nucleic acid bases and amino acids on solid surfaces. Nature materials 2, p , London, Quellennachweise Quellennachweis der Bilder [9] Sigma Aldrich [10] Blankenburg Blankenburg S., Schmidt W. G.: Long-Range Chiral Recognition due to Substrate-Adsorbate Charge transfer. Physical Review Letters, Volume 99, , American Physical Society, New York, 2007 Sonstige Quellen [1] Duden - Das Fremdwörterbuch, 9. Aufl. Mannheim

11 Fragen Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Fragen? 21 11