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Wissenschaftler brachten identisch geladene Teilchen zusammen

21.02.2023

Wahrscheinlich reagieren die geladenen Teilchen nur ungern miteinander, weil sie elektrostatisch abgestoßen werden. Wissenschaftler haben jedoch herausgefunden, wie man sie näher bringen kann. Laut dem Institut für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften kann die neue Methode die Reaktion um bis zu 5 Millionen Mal beschleunigen.

Dank der Forschung einer internationalen Gruppe unter Beteiligung Polens kann die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in wässrigen Lösungen auf neue Weise kontrolliert werden. Es reicht aus, der Lösung Partikel mit entgegengesetzter Ladung hinzuzufügen, wodurch die zuvor ekelhaften Reagenzien gezwungen werden, sich einander zu nähern. Die Verwendung von Molekülen mit hoher Ladungsdichte kann die Reaktion bis zu 5 Millionen Mal beschleunigen.

Die Synthese neuer Verbindungen oder die Herstellung von Materialien ist auf molekularer Ebene äußerst komplex.

Zwei Moleküle mit gleicher Ladung stoßen sich ab, sodass sie selten miteinander reagieren. Diese Reaktion kann Tage, Wochen oder sogar länger dauern. Diese Zeit kann jedoch stark verkürzt werden, indem die richtigen Bedingungen verwendet oder verschiedene Chemikalien hinzugefügt werden. Beispiele umfassen natürliche Katalysatoren wie Enzyme oder synthetische Nanozyme, die natürliche oder metallbasierte Katalysatoren nachahmen, die üblicherweise in der Industrie verwendet werden. Unabhängig von der Art des Katalysators beschleunigt jeder von ihnen nur ausgewählte chemische Reaktionen.

Die Studie betraf die Reaktion zwischen negativ geladenen Molekülen von Coenzym A in der aquatischen Umwelt. Diese Teilchen stoßen sich gegenseitig ab.

Obwohl Coenzym-A-Moleküle miteinander interagieren, ist ihre Wechselwirkung in Wasser viel langsamer als in organischen Lösungsmitteln. Die Wissenschaftler untersuchten den Effekt der Zugabe von Verbindungen mit entgegengesetzten Ladungen zur Beschleunigung der Reaktion.

Auch der Einfluss von Molekülen unterschiedlicher Größen und Ladungswerte wie Ionen, amphiphile Moleküle, Monomere, Oligomere, Polymere und sogar Micellen wurde getestet.

Wurden die entsprechenden positiv geladenen Micellen in das System eingebracht, erhöhte sich die Reaktionsgeschwindigkeit um den Faktor 5 Millionen. Monomere, Oligomere und Polymere beschleunigen die Reaktion um das 103- bis 105-fache, während Ionen oder amphiphile Moleküle „nur“ etwa tausendfach beschleunigen.

Die Wirkung von Coenzym A (CoA) oder Methylmaleimid-substituiertem Coenzym A (CoA-M) auf Verbindungen mit entgegengesetzten Ladungen stört die Abstoßung zwischen negativ geladenen CoA- und CoA-M-Molekülen. Unter bestimmten Bedingungen tritt die Konvergenz von negativ geladenen Teilchen einer bestimmten Konzentration auf. Die zugesetzte Verbindung schirmt die Abstoßungskräfte der Moleküle ab und macht diesen Prozess zu einem Sonderfall der Katalyse.

Die Wissenschaftler testeten dieses Phänomen auch mit der DNA-Hybridisierung, einem ionensensitiven Prozess. Dieses Verfahren wurde gewählt, um festzustellen, ob der vorgeschlagene Effekt für komplexere Reaktionen funktioniert. Es zeigte sich, dass auch hier positiv geladene Verbindungen die Hybridisierungsgeschwindigkeit deutlich beschleunigen.

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