Aufklärung der Solvatationsdynamik eines einzelnen Wassermoleküls durch Infrarotspektroskopie: Theorie und Experiment

Die Dynamik und Energetik von Wasser an Grenzflächen oder in biologischen Systemen spielt eine grundlegende Rolle bei allen Solvatations‐ und biologischen Phänomenen in wässrigen Lösungen. Insbesondere ist die Migration von Wassermolekülen der erste Schritt, der den Gesamtprozess in zeitlicher Hinsicht steuert. Es ist jedoch fast unmöglich, im Experiment die Dynamik individueller Wassermoleküle in der Lösung zu verfolgen, da sich die Signale der Moleküle in heterogenen Umgebungen überlagern. Auch wenn für Simulationen der Molekulardynamik diese Einschränkung nicht gilt, fehlt es an experimentellen Daten, um die berechnete Dynamik zu validieren. Im Folgenden zeigen wir eine neue Strategie auf, mithilfe derer die berechnete Dynamik durch die Messung zeitaufgelöster Infrarotspektren verifiziert wird. Die Koexistenz von schneller und langsamer Wassermolekül‐Migration um eine CONH‐Peptid‐Bindung wird anhand eines Modellsystems gezeigt, das einen Teil eines hydratisierten Peptids repräsentiert.