Wir verwenden einen Schalter, Lichter aus-und einschalten, aber Licht kann auch als Schalter selbst zu handeln, zum Beispiel, wenn die Moleküle ihre Struktur verändern bei der Bestrahlung. Photoschaltbare Moleküle sind potentiell interessant für den Einsatz in holographischen Datenspeicherung, als molekulare Schalter für Nanomaschinen oder zum Schalten von biologischen Funktionen in den Biowissenschaften.
Um eine optimale Anpassung dieser Moleküle für unterschiedliche Anwendungen ist es notwendig, ein umfassendes Verständnis der zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen zu haben. Ein Team um Nobelpreisträger Ahmed Zewail und die Mitglieder seiner Gruppe am Caltech in Pasadena (Kalifornien, USA) führte nun Berichte in der Zeitschrift Angewandte Chemie über ihre Verwendung der Elektronenbeugung Studien zu einem photoschaltbare Molekül in den Prozess der "Wechsel" zu beobachten.
Das Molekül unter Prüfung war ein komplexes Ringsystem, das zwischen einer geschlossenen Form und einer offenen Form bei Bestrahlung mit UV-Licht schaltet. In der geschlossenen Spiropyran Form besteht sie aus zwei planaren Ringsysteme, dass zwei orthogonalen Ebenen zu bilden. Wenn bestrahlt, ist eine Bindung gebrochen, um einen einzigen Ring zu öffnen. In diesem offenen merocyanin bilden, werden beide Einheiten des Moleküls nur durch eine Brücke mit drei Bindungen aus verbunden. Jede dieser Anleihen kann theoretisch eine von zwei räumlichen Anordnungen, die als cis-und trans bezeichnet werden. Darüber hinaus enthält dieses Molekül eine Nitro-Gruppe (-NO2), die es in zwei verschiedenen elektronischen Zuständen-Singulett-oder Triplett-wenn sie erregt durch Licht geben können.
Welche Form hat es wählen? Dies ist, was die Forschungen zu bestimmen, um den Reaktionsmechanismus studieren wollte. Dazu benutzten sie ein Verfahren, wie Laser-Desorption Elektronenbeugung bekannt. Bei dieser Technik wird eine Probe erhitzt und verdampft durch Laser so schnell, dass die Probenmoleküle keine Zeit haben, sich zu zersetzen. Die isolierte Moleküle werden dann mit Elektronen beschossen. Die Elektronen werden gebeugt durch die Atomkerne des Moleküls, die sich in einem charakteristischen Beugungsmuster Ergebnisse. Die Wissenschaftler erfasst Beugungsmuster 100 Nanosekunden vor und nach Anregung mit UV.
Durch die Verwendung von theoretischen Modellrechnungen konnten die Forscher auf diese Beugungsbilder zu interpretieren. Das Ergebnis: "Ring Öffnung führt in erster Linie auf die cis-trans-cis-Struktur", so Zewail ". Während konkurrierende, nicht-irradiative Pfade zu anderen Strukturen, wie die geschlossenen Formen in ihrem Triplett-und Singulett-Grundzustand führen"
"Unsere Ergebnisse zeigen die enorme Leistungsfähigkeit der Elektronenbeugung Technik, um solche komplexen lösen, Nanometerbereich Strukturen mit minimaler Symmetrie", sagt Zewail.