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Das Geheimnis der Spiegel-Moleküle

Sie sind fast wie Zwillinge: Chirale Moleküle sind von ihrer chemischen Formel her gleich und haben auch viele identische Eigenschaften wie Schmelz- und Siedepunkte, Dichte oder Löslichkeit. Auch ihre Struktur ist die gleiche – bis auf einen entscheidenden Unterschied: Der eine Zwilling verhält sich zum anderen wie ein Mensch, der in den Spiegel blickt.

Diese Chiralität kennen wir vielleicht von der „links-“ oder „rechtsdrehenden“ Milchsäure. Wichtig wird sie etwa bei Medikamenten, deren biologische Wirksamkeit oft vollkommen unterschiedlich ist, je nachdem, welches Zwillingsmolekül verwendet wird. Noch immer ist es aber eine Herausforderung, die beiden ungleichen Zwillinge zu erkennen und sauber voneinander abtrennen zu können. Auch die Erforschung ihrer genauen elektronischen Eigenschaften und ihres Verhaltens bei chemischen Reaktionen steht noch am Anfang.

In ihrem auf fünf Jahre angelegten und mit bis zu 2,5 Millionen Euro geförderten Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats ERC will Olga Smirnova diese Forschung nun vorantreiben. Das multidisziplinäre ULISSES-Projekt, dem sie angehört, benutzt dazu intensives Licht. Denn wie bei der Bezeichnung der beiden Milchsäurevarianten schon ersichtlich, haben chirale Moleküle die Eigenschaft, die Schwingungsrichtung einer Lichtwelle zu drehen. Um die elektronischen und zeitlichen Abläufe bei chemischen Reaktionen im Detail verstehen zu können, verändern die Forschenden die Schwingungsrichtung (Polarisation) ihres Lichtstrahls sowohl zeitlich wie auch in der Lage im Raum – und das ultraschnell, im Bereich von Milliardsteln von milliardstel Sekunden. Aus der Reaktion der Moleküle auf diesen komplex strukturierten Lichtstrahl können sie dann neue Erkenntnisse gewinnen.

Prof. Dr. Olga Smirnova leitet eine Arbeitsgruppe am Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie und ist Professorin für Theoretische Physik an der TU Berlin am Institut für Optik und Atomare Physik.

Weiterführende Informationen

Webseite Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie im Forschungsverbund Berlin e.V.