Molekulare Oberflächen

Zweidimensionale Strukturdiagramme und 3D Molekülstrukturen können die Basis bilden, um viele chemische und physikalische Eigenschaften von Verbindungen zu beschreiben. Alle bisherigen Modelle stellen maximal nur das 3D Skelett des Moleküls und nicht dessen wirkliche räumliche Ausdehnung dar.

In Analogie zum menschlichen Körper, mit Skelett und den umgebenden Organen und Geweben mit begrenzender Oberfläche (der Haut), können Moleküle als Objekte mit Moleküloberfläche angesehen werden. Die Oberfläche trennt den 3D Raum in einen inneren Volumenteil, der vom Molekül ausgefüllt wird, und einen äusseren Teil (den Rest des Universums). Dieses Bild von einer exakten Trennung durch eine diskrete Oberfläche ist allerdings nur eine Näherung, da Moleküle nicht nach den gleichen Gesetzen der klassischen Mechanik für makroskopische Objekte behandelt werden können. Im quantenmechanischen Sinne besitzen Moleküle weder Körper noch eine feste Oberfläche. Die Bestandteile eines Moleküls sind Atome, die wiederum aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt sind, umgeben von Elektronen. Der Raum der von den Elektronen ausgefüllt wird, ist nicht von einer Oberfläche eingeschlossen, sondern ist durch eine "Elektronenwolke" charakterisiert. Die Elektronendichte ist kontinuierlich und geht in großer Distanz zum Atomkern gegen Null. Im Besonderen ist die Elektronenverteilung entscheidend für die molekularen Wechselwirkungen, bestimmt aber auch die Eigenschaften eines Moleküls. Üblicherweise werden aber Atom- und Moleküloberflächen dadurch angegeben, daß sie einen bestimmten Prozentsatz (z.B. 90%) der Elektronenverteilung umschließen.

Moleküloberflächen können verschiedene Eigenschaften, wie z.B. elektrostatisches Potential, Atomladung oder Hydrophobizität, durch eingefärbte Kartierungen (mapping) ausdrücken.

© Prof. Dr. J. Gasteiger, Dr. Th. Engel, CCC Univ. Erlangen, Thu Dec 18 14:53:54 2003 GMT
 BMBF-Leitprojekt Vernetztes Studium - Chemie