Ny metode til at bestemme molekylets chiralitet

Identifikation af højrehåndede og venstrehåndede molekyler er et afgørende skridt for mange anvendelser inden for kemi og farmaceutisk. Et internationalt forskerhold (CELIA-CNRS/INRS/Berlin Max Born Institute/SOLEIL) har nu præsenteret en ny original og meget følsom metode. Forskerne bruger laserimpulser af ekstremt kort varighed til at excitere elektroner i molekyler til snoede bevægelser, hvis retning afslører molekylernes håndhævelse. Forskningsresultaterne vises i Naturfysik .

Er du højrehåndet eller venstrehåndet? Ingen, vi spørger dig ikke, kære læser; vi spørger dine molekyler. Det siger sig selv, at afhængig af hvilken hånd du bruger, dine fingre vil vikle enten den ene eller den anden vej rundt om en genstand, når du tager fat i den. Det sker sådan, at denne håndværk, eller 'kiralitet', er også meget vigtig i molekylernes verden. Faktisk, vi kan argumentere for, at et molekyles håndhævelse er langt vigtigere end din:nogle stoffer vil enten være giftige eller gavnlige afhængigt af hvilken "spejl-tvilling" der er til stede. Visse lægemidler skal derfor udelukkende indeholde den højrehåndede eller den venstrehåndede tvilling.

Problemet ligger i at identificere og adskille højrehåndede fra venstrehåndede molekyler, som opfører sig nøjagtigt ens, medmindre de interagerer med et andet chiralt objekt. Et internationalt forskerhold har nu præsenteret en ny metode, der er ekstremt følsom til at bestemme molekylers chiralitet.

Vi har vidst, at molekyler kan være chirale siden det 19. århundrede. Det mest berømte eksempel er måske DNA, hvis struktur ligner en højrehåndet proptrækker. Konventionelt, chiralitet bestemmes ved hjælp af såkaldt cirkulært polariseret lys, hvis elektromagnetiske felter roterer enten med eller mod uret, danner en højre eller venstre "proptrækker", med aksen langs lysstrålens retning. Dette chirale lys absorberes forskelligt af molekyler med modsat hænder. Denne effekt, imidlertid, er lille, fordi lysets bølgelængde er meget længere end størrelsen af ​​et molekyle:lysets proptrækker er for stor til at kunne fornemme molekylets chirale struktur effektivt.

Den nye metode, imidlertid, forstærker det chirale signal i høj grad. "Tricket er at affyre en meget kort, cirkulært polariseret laserpuls ved molekylerne, " siger Olga Smirnova fra Max Born Institute. Denne puls er kun nogle tiendedele af en trilliontedel af en sekund lang og overfører energi til elektronerne i molekylet, spændende dem i spiralformet bevægelse. Elektronernes bevægelse følger naturligt en højre eller venstre helix i tid afhængigt af, hvor meget den molekylære struktur de befinder sig i.

Deres bevægelse kan nu undersøges af en anden laserimpuls. Denne puls skal også være kort for at fange elektronernes bevægelsesretning og have nok fotonenergi til at slå de exciterede elektroner ud af molekylet. Afhængigt af om de bevægede sig med eller mod uret, elektronerne vil flyve ud af molekylet langs eller modsat laserstrålens retning.

Dette lader CELIAs eksperimentalister bestemme molekylernes chiralitet meget effektivt, med et signal 1000 gange stærkere end med den mest anvendte metode. Hvad mere er, det kunne give en mulighed for at igangsætte chirale kemiske reaktioner og følge dem i tide. Det kommer ned til at påføre meget korte laserimpulser med den helt rigtige bærefrekvens. Teknologien er en kulmination på grundforskning i fysik og har kun været tilgængelig siden for nylig. Det kan vise sig ekstremt nyttigt på andre områder, hvor chiralitet spiller en vigtig rolle, såsom kemisk og farmaceutisk forskning.

Efter at have haft succes med at identificere molekylernes chiralitet med deres nye metode, forskerne tænker nu allerede på at udvikle en metode til laseradskillelse af højre- og venstrehåndede molekyler.