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(00109) 23.04.2002 09:35

Photochemische Reaktionen im Computer berechnen


Bochum, 22.04.2002
Nr. 107

Bits und Bytes statt Bunsenbrenner
Photochemische Reaktionen im Computer berechnen
„Physical Review Letters“ berichtet über neuen Algorithmus


Chemische Reaktionen, die durch Wärmezufuhr angeregt werden, können
Wissenschaftler seit langem im Computer ablaufen lassen. Dr. Nikos
Doltsinis und Prof. Dr. Dominik Marx (Lehrstuhl für Theoretische Chemie
der RUB) ist es nun gelungen, diese Methode auch auf die komplizierteren
photochemischen Reaktionen anzuwenden. Sie entwickelten dazu einen
Algorithmus, der mehrere elektronische Zustände berücksichtigt. Die
Zeitschrift „Physical Review Letters“ berichtet in ihrer Ausgabe vom 22.
April 2002 über die Ergebnisse.

Energiezufuhr durch Wärme oder Licht

Um überhaupt in Gang zu kommen, verbrauchen die meisten chemischen
Reaktionen zunächst Energie. Häufig erhalten sie diese als Wärme, z. B.
indem ein Bunsenbrenner die Temperatur eines Reaktionsgefäßes erhöht.
Eine andere Energiequelle kann das Licht sein, das so genannte
Photoreaktionen auslöst. Beispiele für verschachtelte Reaktionen, bei
denen eine Photoreaktion am Anfang steht, sind die Photosynthese
(Umwandlung von Lichtenergie in organismisch verwertbare Energieformen)
und der Sehprozess (Umwandlung von Lichtenergie in Neurosignale). „Viele
dieser lichtgetriebenen Reaktionen sind thermisch unmöglich oder führen
bei identischen Ausgangssubstanzen zu anderen Produkten als die
thermische Analogreaktion“, erläutert Prof. Marx.

Komplizierte Photoreaktionen simulieren

Thermische Reaktionen laufen typischerweise in einem einzigen
elektronischen Zustand – meist dem Grundzustand – ab. Solche Reaktionen
können die Forscher bereits seit gut 15 Jahren „in silico“, also im
Computer, simulieren. „Wir vereinfachen die Grundgleichungen der
Quantenphysik, münzen sie in Rechenvorschriften um und lösen sie
näherungsweise auf Großrechnern“, so Marx. Eine effiziente Methode dazu
ist die 1985 eingeführte „Car-Parrinello Molekulardynamik“ (CP-MD).
Photoreaktionen sind komplizierter, da sie mindestens zwei elektronische
Zustände benötigen, die zudem (über sog. „nichtadiabatische Kopplungen“)
miteinander verquickt sind. Mit einem neuen Algorithmus gelang es
Doltsimis und Marx nun, das CP-MD-Verfahren auf Photoreaktionen zu
erweitern (nichtadiabatische CP-MD). Ihre Methode kann, im Gegensatz zu
ähnlichen Ansätzen, Photoreaktionen sehr effizient und vor allem auch
für komplexe Moleküle berechnen.

Große und gelöste Moleküle untersuchen

Um mit anderen Rechnungen vergleichen zu können, testeten die Forscher
ihre Methode zunächst an einer bekannten Photoreaktion eines kleinen
Moleküls in der Gasphase. Ideale Anwendungsgebiete der
nichtadiabatischen CP-MD sind jedoch gerade die Untersuchung großer
Moleküle, etwa DNA Basenpaare, oder von Molekülen in Lösung. Sie kommen
in Reaktionskolben chemischer Labors und in biologischen Organismen am
häufigsten vor.

Titelaufnahme

Nikos L. Doltsinis; Dominik Marx: Nonadiabatic Car-Parrinello Molecular
Dynamics. In: Physical Review Letters, Band 88, Nr. 16, Seite 166402,
2002 (populärwissenschaftliche Darstellung:
http://www.theochem.ruhr-uni-bochum.de/go/surfhop.html

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Fakultät für
Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-28083,
Fax: 0234/32-14045, E-Mail: dominik.marx@theochem.ruhr-uni-bochum.de;
Internet: http://www.theochem.ruhr-uni-bochum.de


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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 32-22830, -23930
Fax: + 49 234 32-14136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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