LOEWE ELCH

Förderung

Das Projekt ELCH wird im Rahmen der 3. Förderstaffel der hessischen Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) gefördert.

Chiralität

Systeme entgegengesetzter Chiralität (Händigkeit) lassen sich trotz gleicher Bestandteile nicht mit ihrem Spiegelbild durch Rotation zur Deckung bringen, genauso wenig wie linke und rechte Hand. Sie wechselwirken auf Grund der unterschiedlichen Anordnung ihrer Bestandteile verschieden mit ihrer Umgebung. In der (Bio)Chemie ist die Chiralität eines Moleküls entscheidend für seine chemischen und physiologischen Reaktionen, da alle wesentlichen Bausteine des Lebens, wie z.B. DNS-Moleküle, eine ganz bestimmte Chiralität besitzen. Daher hängt auch die Wirksamkeit von Medikamenten von der  Händigkeit der Wirkstoffmoleküle ab, oder Moleküle entgegensetzter Chiralität (Enantiomere) rufen verschiedene physiologische Reaktionen hervor (z.B. riecht (S)-(+)- Carvon nach Kümmel und (R)-(-)-Carvon nach Pfefferminz).  Enantiomerreine Stoffe besitzen deshalb ebenso wie enantiomerselektive Nachweis- und Trennmethoden große Bedeutung in der pharmazeutischen Industrie.

Motivation

Während im klassischen Strukturmodell der Chemie Chiralität mit einer chiralen Anordnung der Atomkerne erklärt wird, sind atomare und molekulare Eigenschaften (z.B. das Reaktionsverhalten oder Prozesse nach Teilchenstrahl- oder elektromagnetischer Anregung) durch die Dynamik des Elektronensystems bestimmt. Dieser Aspekt konnte bisher für chirale Systeme kaum untersucht werden, da die dazu erforderlichen aufwändigen  experimentellen Techniken und theoretischen Methoden erst in den letzten Jahren unter maßgeblicher Beteiligung der Verbundpartner entwickelt wurden.

Arbeitsplan

Auf Grund der komplementären Expertisen der experimentell arbeitenden Verbundpartner können im LOEWE-Schwerpunkt ELCH (ELektronendynamik CHiraler Systeme) erstmals fast alle in der Natur verfügbaren chiralen Sonden (zirkular polarisierte oder polarisationsgeformte Laserfelder, spinpolarisierte Elektronen und einzelne hochenergetische zirkular polarisierte Photonen (Synchrotronstrahlung)) genutzt werden, um im Vergleich mit theoretisch und numerisch anspruchsvollen Modellen der theoretisch orientierten Partner grundlegende Fragestellungen zur Chiralität in der Elektronendynamik zu beantworten. Das sich daraus ergebende Verständnis wird weit über den heutigen Stand hinausgehen und zu neuen enantiomerselektiven  Analysemethoden führen. Alle beteiligten Gruppen aus der experimentellen und theoretischen Atom und Molekülphysik und aus der theoretischen Chemie sind durch ausgereifte Methoden zur Untersuchung elektronischer Prozesse in Atomen und Molekülen mit internationalem Alleinstellungsmerkmal ausgewiesen. Damit entsteht ein weltweit einzigartiges Team in einem langfristig angelegten Verbund der atom- und molekülphysikalischen Grundlagenforschung. Konkrete Fragen, die im ELCH-Schwerpunkt beantwortet werden sollen, sind z.B. wie sich die durch äußere Anregung ausgelöste schnelle Elektronendynamik auf das Kerngerüst überträgt, ob es möglich ist, die absolute Konfiguration eines chiralen Moleküls experimentell zu bestimmen oder wie durch maßgeschneiderte polarisationsgeformte Laserpulse Fragmentationskanäle chiraler Moleküle enantiomerselektiv beeinflusst werden können.