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Reaktionsdynamik: Das Wackeln und Zittern der Moleküle

Viele chemische Umwandlungen laufen komplizierter ab als bisher angenommen. Das zeigen Computer- simulationen, die Molekülschwingungen während einer Reaktion berücksichtigen.
Reaktionsdynamik

Fährt ein Skifahrer einen Hang hinunter, ist er ständig äußeren Einflüssen wie dem Wind oder vereisten Schneeflächen ausgesetzt. Je nachdem, wie er mit diesen zurechtkommt, verläuft sein Weg bergab, und er wird entsprechend an unterschiedlichen Stellen unten ankommen. Ganz ähnlich können bei einer chemischen Reaktion die Moleküle durch äußere Umstände beeinflusst werden. Während sie sich vom Ausgangsstoff in ein Produkt verwandeln, durchlaufen sie einen Punkt höchster Energie, den so genannten Übergangszustand. Anschließend führt sie ihr Weg – energetisch betrachtet – bergab, ähnlich wie beim Skifahrer. Bisher nahm man an, dass der Pfad dieser chemischen Talfahrt relativ geradlinig verläuft. Doch das ist zu einfach gedacht, denn der Weg kann sich noch mehrmals gabeln. Forscher beginnen jetzt, die Vielzahl dieser molekularen Pfade aufzuzeichnen, um mit Hilfe der so entstehenden Landkarten den Ausgang von Reaktionen besser kontrollieren zu können …

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  • Quellen

Carpenter, B. K.: Nonstatistical dynamics in thermal reactions of polyatomic reactions. Annual Review of Physical Chemistry 56, 2005

Ess, D. H. et al.: Bifurcations on Potential Energy Surfaces of organic reactions. Angewandte Chemie, International Edition 47, 2008

Hare, S. R., Tantillo, D. J.: Cryptic post-transition state bifurcations that reduce the efficiency of lactone-forming Rh-carbenoid C-H insertions. Journal of Chemical Sciences 8, 2017

Hare, S. R., Tantillo, D. J.: Post-transition state bifurcations gain momentum: Current state of the field. Pure and Applied Chemistry 89, 2017

Hare, S. R., Tantillo, D. J.: Dynamic behavior of rearranging carbocations: implications for terpene biosynthesis. Beilstein Journal of Organic Chemistry 12, 2016

Hong, Y. J., Tantillo, D. J.: Biosynthetic consequences of multiple sequential post-transition-state bifurcations. Nature Chemistry 6, 2014

Salem, L.: Synchronism vs. nonsynchronism in automerizations and enantiomerizations. Accounts of Chemical Research 4, 1971

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