Kansas State University fysiker har tagit extremt snabba ögonblicksbilder av ljusinducerade molekylära ringöppningsreaktioner-liknande de som hjälper en människokropp att producera D-vitamin från solljus. Forskningen publiceras i Naturkemi .

"Tänk på det här som stop-motion som en tecknad film, sa Daniel Rolles, docent i fysik och studiens huvudutredare. "För varje molekyl, du startar reaktionen med en laserpuls, ta ögonblicksbilder av hur det ser ut när tiden går och sätt sedan ihop dem. Detta skapar en "molekylär film" som visar hur den elektroniska strukturen hos molekylen förändras som en funktion av hur lång tid som går mellan när vi börjar och när vi slutar."

Shashank Pathak, doktorand och huvudförfattare på tidningen, sa att tanken var att studera dynamiken i hur en ring öppnas i en molekyl på femtosekunds tidsskala, vilket är en kvadrilliondels sekund. Forskarna använder en fri-elektronlaser för att visualisera hur dessa reaktioner sker genom att registrera elektronenergispektra när atomerna i molekylen rör sig isär.

"Ringöppningsreaktionen observeras ganska mycket i naturen, ", sade Pathak. "Ett exempel är bildandet av vitamin D3 i vår hud. När solljuset lyser på vår hud, vi har stora föreningar som har dessa små ringstrukturer som hjälper till med absorptionen av UV-ljus. Ringen öppnas för att bilda prekursorn till vitamin D3-bildning."

Tillverkning av D -vitamin innebär olika biologiska funktioner och denna ringöppning är bara en liten - mycket liten - del av processen, sa Pathak. Denna forskning kunde registrera förändringarna i molekylen för att förstå processens hastighet, hur det går till och jämför processen med tidigare accepterad teori.

"Att förstå processen har konsekvenser för att göra liknande processer som kan användas inom teknik mer effektiva, och för att utveckla allmänna regler som kan tillämpas på liknande reaktioner, sa Rolles, som fick ett National Science Foundation Faculty Early CAREER -pris 2018 som finansierade denna forskning.