Magnetfeld und Licht steuern Chiralität

News: Magnetfeld und Licht steuern Chiralität

Rechte oder linke Hand? In der Regel unbewusst legen die meisten Menschen in ihrer Jugend fest, welches ihre 'Schokoladenseite' wird. Moleküle haben diese Freiheit nicht. Festkörperforscher aus der Schweiz haben festgestellt, dass starke Magnetfelder die 'Händigkeit' von Stereo-Isomeren beeinflussen.

In der Natur existieren von vielen Molekülen so genannten Enantiomere hervor. Solche Moleküle werden als chiral bezeichnet, das heißt, von ihnen existieren zwei Formen – eine links- und eine rechtshändige – die einander ähneln wie Bild und Spiegelbild. Das entdeckte Louis Pasteur 1848 an Natriumammoniumtartrat-Kristallen. Die beiden Varianten drehen polarisiertes Licht in unterschiedliche Richtungen. Ansonsten verfügen sie über identische chemische Eigenschaften und sind dennoch nicht gleichermaßen biologisch verwertbar.

Nachdem Michael Faraday demonstrierte, dass Magnetfelder Licht in gleicher Weise beeinflussen, scheiterten zahlreiche Forscher daran, gezielt links- oder rechtshändige Moleküle herzustellen, indem sie die Synthesereaktion durch starke Magneten beinflussten. 1980 fanden Wissenschaftler dann heraus, dass Enantiomere einer Verbindung in unterschiedlichem Maße Licht absorbieren, eine Eigenschaft, die sie als magnetischen Dichroismus bezeichneten.

Dieses Verhalten nutzten nun Geert Rikken und E. Raupach vom Grenoble High Magnetic Field Laboratory, um das Verhältnis von links- und rechtshändigen Molekülen in einer Lösung zu verändern. Die beiden Festkörperforscher brachten das Enantiomerengemisch einer lichtempfindliche Chromverbindung in ein starkes Magnetfeld. Im Laserlicht zersetzte sich die besser absorbierende Form wesentlich schneller, sodass sich die Lösung schnell mit dem schlechter absorbierenden Enantiomer anreicherte (Nature vom 22. Juni 2000).

"Zum ersten Mal seit Pasteurs erfolglosen Versuchen vor über 150 Jahren gelang es jemandem, mit Hilfe eines Magnetfelds ein Enantiomer gezielt anzureichern", kommentiert Laurence Barron von der University of Glasgow die Arbeit. Etwas ähnliches spielt sich wahrscheinlich auch im Magnetfeld der Erde ab. In der Biosphäre dominieren bestimmte Enantiomere: Organismen bauen beispielsweise fast ausschließlich linkshändige Aminosäuren in ihre Proteine ein, versorgen sich aber vorwiegend mit rechtshändigen Zuckerverbindungen. Der enantioselektive Effekt des Erdmagnetfelds sei sicherlich nicht so stark wie in ihrem Laborexperiment, meint Rikken. Trotzdem liegt möglicherweise genau darin die Ursache dafür, dass in der Natur in aller Regel einem Enantiomer der Vorzug gegeben wird.

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