Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekulare Pirouetten

12.06.2007
Forscher aus Berlin und München sehen Molekülen dabei zu, wie sie sich bei photochemischen Reaktionen ultraschnell ausrichten

Die ultraschnelle Trennung von elektrischer Ladung innerhalb eines Moleküls während einer photochemischen Reaktion veranlasst bis zu zehntausend Nachbarmoleküle, sich in molekularen Pirouetten neu zu orientieren. Jetzt haben Forscher zum ersten Mal eine solche durch Licht hervorgerufene Ausrichtung von Molekülen in einem organischen Kristall direkt beobachtet. Die Wissenschaftler aus dem Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie in Berlin und der Ludwig-Maximilians-Universität in München berichten darüber in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters (Band 98, Seite 248301).

Für ihre Studie erzeugten sie mit extrem kurzen Lichtimpulsen eine Trennung von positiver und negativer elektrischer Ladung in einzelnen Molekülen, auf welche die Moleküle der Umgebung dann mit einer Änderung ihrer räumlichen Ausrichtung reagieren. Diesen grundlegenden Prozess erfassten die Forscher erstmals durch Beugung von Femtosekunden-Röntgenimpulsen mit hoher Präzision und in Echtzeit.

In der Natur sind chemische und biochemische Reaktionen stark durch das umgebende Medium beeinflusst, zum Beispiel ein wässriges, makromolekulares oder kristallines Milieu. Während des Reaktionsablaufs ändert sich aber die Struktur der Umgebung, die ihrerseits auf die Geschwindigkeit der Reaktion und die Stabilität der Reaktionsprodukte zurück wirkt. Derlei Prozesse laufen häufig im Zeitbereich unterhalb einer Pikosekunde ab, das heißt, sie sind kürzer als das Millionstel einer Millionstel Sekunde.

... mehr zu:
»Ladung »Ladungstrennung »Molekül

Ultrakurze Röntgenimpulse bilden die Änderung von molekularen Strukturen der Umgebung während des Prozesses als eine Abfolge von „Schnappschüssen“ ab. Daraus lassen sich der Abstand und die Ausrichtung der Moleküle direkt bestimmen. Um solche Röntgenblitze zu erzeugen, nutzen die Wissenschaftler aus Berlin und München Ultrakurzpulslaser. Sie untersuchten mit ihrer Methode die durch Licht hervorgerufene Trennung molekularer Ladungen, ein Prozess, wie er zum Beispiel in der Photosynthese auftritt.

Um Änderungen molekularer Abstände und Orientierungen gleichermaßen sichtbar zu machen, wählten die Wissenschaftler als Modellsystem einen Kristall, in dem 4-(Diisopropylamino)benzonitril (DIABN)-Moleküle regelmäßig angeordnet sind. Es gelang ihnen, während und nach der Ladungstrennung strukturelle Änderungen der Molekülumgebung mit einer Präzision von Bruchteilen eines Atomdurchmessers zu bestimmen. So fanden sie heraus, dass die Ladungstrennung im angeregten Molekül elektrische Kräfte hervorruft, durch welche die umgebenden Moleküle je nach Abstand um einen Winkel von bis zu 10 Grad gedreht werden. Auf Grund der großen Reichweite der elektrischen Wechselwirkung nehmen für jedes angeregte Molekül ungefähr zehntausend Umgebungsmoleküle an diesem Vorgang teil. Die Drehbewegungen erfolgen ohne messbare Verzögerung zur Ladungstrennung, die im Bereich weniger Pikosekunden abläuft, und lassen den Abstand der Moleküle unverändert.

Diese mit einer bisher unerreichten Kombination höchster räumlicher und zeitlicher Auflösung erzielten Ergebnisse zeigen, dass in der Natur lokale chemische Reaktionen über elektrische Felder unmittelbar mit Strukturänderungen in einer ausgedehnten Umgebung verbunden sind. Sie ebnen darüber hinaus den Weg zur Untersuchung komplexerer Systeme bis hin zu kristallisierten biologischen Makromolekülen. Neben Laser-getriebenen Röntgenquellen werden in Zukunft auch ultrakurze Röntgenimpulse aus Freie-Elektronen- Lasern für solche Untersuchungen eingesetzt, etwa aus dem in Hamburg im Bau befindlichen XFEL.

Quelle: M. Braun et al.: Ultrafast changes of molecular crystal structure induced by dipole solvation. In: Physical Review Letters (Band 98, 248301)

Ansprechpartner am Max-Born-Institut:
Dr. Michael Wörner, Tel. 030 6392 1470, woerner@mbi-berlin.de
Prof. Dr. Thomas Elsässer, Tel. 030 6392 1400, elsasser@mbi-berlin.de
Ansprechpartner an der LMU München:
Dr. Markus Braun, Tel. 089-2180-9215, markus.braun@physik.uni-muenchen.de
Prof. Dr. Wofgang Zinth, Tel. 089-2180-9201, wolfgang.zinth@physik.uni-muenchen.de

Josef Zens | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de

Weitere Berichte zu: Ladung Ladungstrennung Molekül

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften