Thermodynamik: Nächste Anomalie des Wassers entdeckt
![Das Molekül Cucurbit[8]uril (künstlerische Darstellung) hat einen winzigen Hohlraum in seiner Mitte. (Bild: INT, KIT)](https://www.golem.de/2510/201162-539978-539977_rc.jpg)
Ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie(öffnet im neuen Fenster) und der Constructor University Bremen hat nachgewiesen, dass eingeschlossenes Wasser Einfluss auf die Bindung anderer Moleküle hat. Der Zustand wird als hochenergetisch bezeichnet, da das Wasser sich in einem energiereichen Zustand befindet, der die Bindung eines eindringenden Moleküls verstärken kann.
Verglichen wird das Verhalten der Wassermoleküle, das in einer Studie in Angewandte Chemie International Edition(öffnet im neuen Fenster) detailliert beschrieben wird, mit einem überfüllten Fahrstuhl, aus dem beim Öffnen der Tür Menschen deutlich schneller herausströmen als üblich – wobei das Wasser zusätzlich ein neues Molekül mit der gleichen Kraft in den freigewordenen Platz drückt.
Damit wird die Bindung zwischen der molekularen Tasche und einem zusätzlichen Molekül verstärkt. Genau solche Prozesse sollen zur Bildung von komplexen Molekülstrukturen beitragen.
Verhalten kann technische Prozesse verbessern
Nachgewiesen wurde dieses unerwartete Verhalten an Cucurbit[8]uril(öffnet im neuen Fenster) . Dabei handelt es sich um ein makrocyclisches Molekül aus organischen Verbindungen, das einen Hohlraum aufweist. Mithilfe von Kalorimetrie für die exakte Erfassung der freigesetzten Bindungsenergie und Computersimulationen konnte gezeigt werden, dass das Wasser im Hohlraum mehr Energie abgeben kann, als dies im Fall frei fließenden Wassers möglich wäre.
Die Forschungsgruppe geht davon aus, dass dieser Effekt entscheidend für den Aufbau molekularer Bindungen ist. Als Beispiel werden natürliche Antikörper angeführt, die vergleichbare molekulare Taschen aufweisen.
Die Forschungsergebnisse sollen dementsprechend genutzt werden, um die Wirksamkeit von Medikamenten zu verbessern, weil Wirkstoffe sich dieses bindungsstärkende Verhalten zunutze machen könnten. In der Materialforschung könnten gezielt vergleichbare Hohlräume eingebaut werden, um neue Eigenschaften zu erhalten.