Laserlicht wandelt Molekül in Spiegelbild um

Eine israelische Forschergruppe hat herausgefunden, dass sich bestimmte Moleküle mit Hilfe von kurzen Laserlichtpulsen in ihre Spiegelbilder umwandeln lassen. Das berichten sie im Fachblatt Physical Review Letters. Derartige als Enantiomere bezeichneten Moleküle kommen in zwei verschiedenen Strukturen vor, die sich zueinander wie Bild und Spiegelbild verhalten. Da es häufig sehr schwierig ist, in einem chemischen Prozessablauf die Bilder von den Spiegelbildern zu trennen, dürfte die Umwandlungsmethode der Forscher eine breite Anwendung in der chemischen Industrie finden.

Eine Vielzahl organischer Stoffe wie etwa Zuckermoleküle oder die meisten Aminosäuren können in zwei energetisch gleichwertigen räumlichen Strukturen auftreten, die zueinander spiegelbildlich oder chiral sind. Obwohl in der Natur oftmals nur einer der beiden Vertreter eines Enantiomers vorkommt, fallen bei der synthetischen Herstellung in der Regel beide Formen an, die sich dann nur schwer voneinander trennen lassen. Ein Beispiel für ein Enantiomer, das traurige Berühmtheit erlangt hat, ist Thalidomid (Contergan®) ? in der einen Form ist es eine wirkungsvolle Arznei gegen die Morgenübelkeit Schwangerer, in der anderen führt es zu Geburtsfehlern.

Petr Kral und seine Kollegen des Weizmann Instituts und der Ben-Gurion Universität in Israel haben nun eine relativ einfache Methode entwickelt, mit der Enantiomere von der einen in die andere Form umgewandelt werden können. Dabei machten sich die Forscher die Tatsache zu Nutze, dass die beiden Formen eines Enantiomers unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen ? die eine dreht die Polarisation eines Lichtstrahls nach links, die andere nach rechts.

Mittels eines polarisierten Laserpulses konnten die Forscher daher selektiv jeweils nur eine der beiden Formen eines Enantiomers in einer Mischung anregen. In dem Experiment wurden die angeregten Moleküle danach mittels eines zweiten Laserblitzes mit Energie versehen, so dass sie sich in ihr Spiegelbild umwandelten. Die Forscher konnten somit aus einer Mischung von Bild- und Spiegelbildmolekülen eine einheitliche Lösung herstellen.

Grundlage dieses Verfahrens ist der Umstand, dass die beiden Formen eines Enantiomers energetisch äquivalent sind. Die verschiedenen Strukturen sind allerdings durch eine Energiebarriere getrennt, die überwunden werden muss, damit sich diese in die jeweils andere Form umwandeln können. Dass die dazu notwendige Energie mittels Lichtblitzen verabreicht werden kann, ist schon seit längerem bekannt. Die Besonderheit des Experiments von Kral liegt darin, dass die Laserpulse nur eine der beiden Strukturen der Enantiomere anregen und diese damit umwandeln.

Stefan Maier