Isothiocyansäure und verwandte Verbindungen: Eine Untersuchung der photoinduzierten Dynamik präbiotischer Moleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Ingo Fischer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539340449

Das charakteristische Merkmal dieses Projekts ist die Konzentration auf eine kleine Gruppe verwandter Moleküle: Isothiocyansäure HNCS, ihre Isomere und von ihr abgeleitete Radikale. Wir wenden eine Reihe unterschiedlicher experimenteller und theoretischer Methoden an, um die elektronische Struktur zu untersuchen, aber auch die Reaktionen nach Anregung mit hochenergetischer Strahlung vom UV bis zum weichen Röntgenbereich. Motiviert wird das Projekt durch die Relevanz von HNCS in der Astrochemie, insbesondere als möglicher Vorläufer schwefelhaltiger Biomoleküle. Die erste intensive Absorptionsbande von HNCS tritt bei etwa 250 nm auf. Bei dieser Energie erwarten wir eine Konkurrenz mehrerer Dissoziationsreaktionen. Wir werden die wichtigsten Reaktionsprodukte identifizieren und die Mechanismen aufklären. Als wichtigstes Werkzeug wird dazu die Photoionisation der Reaktionsprodukte und ihr Nachweis mit bildgebenden Detektoren eingesetzt. Um ein vollständiges Bild der Photochemie zu erlangen, werden wir zeitaufgelöste Messungen an einem Freien Elektronen Laser durchführen und die Reaktionen mit weicher Röntgenstrahlung verfolgen. Im vakuum-ultravioletten (VUV) Spektralbereich werden wir Photolektronenspektren aufnehmen, die elektronischen Zustände der Kationen von HNCS, seinen Isomeren und Radikalen wie NCS charakterisieren und die dissoziative Photoionisation aufklären. Wir werden Ionisierungs- und Auftrittsenergien bestimmen, um daraus thermochemische Informationen zu erhalten. Im weichen Röntgenbereich untersuchen wir schließlich die Abhängigkeit der Fragmentation vom angeregten Kern und den Einfluss des Ersatzes von Sauerstoff durch Schwefel auf die Reaktivität. Gegen Ende der Antragsperiode werden wir dann die Photochemie der Isomere des HNCS und anderer reaktiver Schwefelverbindungen adressieren. Alle Experimente werden durch Theorie ergänzt. Da die unterschiedlichen experimentellen Ansätze unterschiedliche theoretische Werkzeuge erfordern, werden wir mit mehreren Theorie-Gruppen kooperieren, die ihre besondere Expertise in die jeweiligen Arbeitspakete einbringen. Mit allen Gruppen haben wir bereits in der Vergangenheit erfolgreich zusammengearbeitet. Die Rechnungen selber werden in den meisten Fällen aber von den Projektmitarbeiterinnen durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen