ChemieRUBIN: Photoreaktionen im virtuellen Labor ansehen

Chemische Reaktionen, die durch Licht in Gang geraten, sind kompliziert zu erforschen: Das Licht regt die Moleküle elektronisch an, sie verändern ihre Dynamik, die wiederum den Reaktionsverlauf bestimmt, und das ganze läuft in Bruchteilen einer billionstel Sekunde ab. Bochumer Chemikern ist es gelungen, solche Reaktionen sowohl im “virtuellen Labor” zu simulieren, als auch im Experiment durch “Einfrieren” der Moleküle zu beobachten. Darüber berichten sie in ChemieRUBIN.

Molekulare Schalter reagieren auf Licht

Was genau passiert, wenn ein Lichtblitz unsere Netzhaut trifft? Kernstück der komplizierten Abfolge von Signalen ist eine photochemische Reaktion im Sehprotein: Angeregt durch das Licht lagert ein Molekül Atome um wie ein winziger Schalter. Wie genau solche Reaktionen ablaufen, konnten die Forscher erst mit Hilfe der Computersimulation herausfinden. Für ein kleines Beispielmolekül aus nur fünf Atomen errechneten sie mögliche Reaktionsabläufe. Dabei gilt es u.a. zu berücksichtigen, dass das Licht das Molekül in einen angeregten Zustand befördert, der mit anderen elektronischen Zuständen wechselwirkt. Diese Verknüpfung wird in der Simulation durch Hin- und Herspringen zwischen den entsprechenden Potenzialflächen berücksichtigt.

Blitzschnelle Reaktion im Film anschauen

Am Ende der Berechnung können sich die Forscher den Reaktionsablauf für jedes berechnete Szenario ansehen wie einen Film. So konnten sie z.B. erstmals belegen, dass im Beispielmolekül das “Umklappen” des Atoms eine Rotation ist: Das einzelne Atom bewegt sich während der Reaktion für kurze Zeit aus der Molekülebene heraus. Fragen nach dem genauen Ablauf solcher blitzschnellen Reaktionen werden häufig bei experimentellen Untersuchungen aufgeworfen, so z. B. am Lehrstuhl von Prof. Sander bei der Erforschung von Acetylen, einem Gas, das die chemische Industrie als Grundstoff z. B. für Arzneimittel oder Kunststoffe nutzt.

Bezug des Magazinis

ChemieRUBIN ist in der RUB-Fakultät für Chemie (Tel. 0234/32-24732) zum Preis von 5 Euro erhältlich. Weitere Themen in ChemieRUBIN: Vom Molekül zum Material: Die Kunst der Anorganischen Synthese; Programmierbare biomolekulare Nanokonstrukte – Molekulare Kopiermaschinen; Temperatur formt Moleküle – Von der Ameisensäure zur Doppelhelix; Wasser – mehr als ein Lösungsmittel: Das Eis ist heiß; Wie Moleküle an Oberflächen haften: Im chemischen Gang die Wände entlang; Robotersystem sucht Stickstoffmonoxid-Antagonisten: Sag NO zum Überleben!; Zinkoxid steuert Katalyse: Chemisch entzaubert; Mit High-Tech-Werkzeugen Proteinen auf der Spur: Gegen Malaria und Tumore