Optische Kontrolle konkurrierender chemischer Reaktionswege mit der Geschwindigkeit intramolekularer Bewegungen

Impulsive elektromagnetische Felder können in Molekülen sehr schnelle chemische Reaktionen auslösen, die teilweise über verschiedene Wege zu unterschiedlichen Endprodukten führen. In den ersten Femtosekunden wirken die lichtinduzierten Kräfte auf die Atome im Molekül für alle Moleküle der Probe gleichmäßig, es handelt sich also um einen kohärenten Ablauf der Reaktion. Daher erfordert die Steuerung des Ablaufs − also die Selektion eines der Reaktionswege − Lichtimpulse und Impulszüge von wenigen Femtosekunden Dauer.

Die in MAP entwickelten Laser stellen solch ultrakurze Lichtimpulse bei nahezu allen relevanten Wellenlängen, insbesondere im UV, zur Verfügung. Das ermöglicht den Physikern, die ultraschnellen molekularen Reaktionswege beobachten und verstehen zu können, und in einem zweiten Schritt mit Hilfe geeignet geformter elektromagnetischer Felder auch gezielt zu steuern.

Interessante Modell-Systeme sind photoinduzierte Dissoziationsreaktionen, in deren Verlauf sowohl Ionenpaare als auch Radikalpaare entstehen können. Solche metastabilen Moleküle sind für die organische Chemie entscheidende Ausgangsprodukte, und eine gezielte, lasergesteuerte Erzeugung wäre für neuartige Synthesewege interessant. Auch bei anderen Systemen, wie zum Beispiel bifunktionellen molekularen Schaltern oder chiralen (spiegelbildlichen) Molekülen kann die Steuerung mit ultrakurzen Laserfeldern das grundlegende Verständnis des Reaktionsablaufs vertiefen. Als Konsequenz lassen sich neue chemische und pharmazeutische Anwendungen erschließen.