Natuurkundigen van de Kansas State University hebben extreem snelle snapshots gemaakt van door licht geïnduceerde moleculaire ringopeningsreacties - vergelijkbaar met die welke een menselijk lichaam helpen vitamine D uit zonlicht te produceren. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurchemie .

"Zie dit als stop-motion zoals een tekenfilm, " zei Daniël Rolles, universitair hoofddocent natuurkunde en hoofdonderzoeker van de studie. "Voor elk molecuul, je start de reactie met een laserpuls, maak snapshots van hoe het eruit ziet als de tijd verstrijkt en zet ze dan in elkaar. Zo ontstaat een 'moleculaire film' die laat zien hoe de elektronische structuur van het molecuul verandert als functie van hoeveel tijd er verstrijkt tussen het moment waarop we beginnen en het moment waarop we stoppen."

Shashank Pathak, promovendus en hoofdauteur van de paper, zei dat het idee was om de dynamiek te bestuderen van hoe een ring opent in een molecuul op de tijdschaal van femtoseconde, dat is een quadriljoenste van een seconde. De onderzoekers gebruiken een vrije-elektronenlaser om te visualiseren hoe deze reacties plaatsvinden door elektronenenergiespectra vast te leggen terwijl de atomen in het molecuul uit elkaar bewegen.

"De ringopeningsreactie wordt in de natuur nogal wat waargenomen, Pathak zei. "Een voorbeeld is de vorming van vitamine D3 in onze huid. Als zonlicht op onze huid schijnt, we hebben grote verbindingen met deze kleine ringstructuren die helpen bij de absorptie van UV-licht. De ring gaat open en vormt de voorloper van vitamine D3-vorming."

Het maken van vitamine D omvat verschillende biologische functies en deze ringopening is slechts een klein - heel klein - onderdeel van het proces, zei Pathak. Dit onderzoek was in staat om de veranderingen in het molecuul vast te leggen om de snelheid van het proces te begrijpen, hoe het gebeurt en vergelijk het proces met eerder aanvaarde theorie.

"Het begrijpen van het proces heeft implicaties voor het efficiënter maken van vergelijkbare processen die in technologie kunnen worden gebruikt, en voor het ontwikkelen van algemene regels die kunnen worden toegepast op soortgelijke reacties, " zei Rolles, die in 2018 een National Science Foundation Faculty Early CAREER-prijs ontving die dit onderzoek financierde.