Brug af proptrækkere til at adskille kirale molekyler

Mange af livets molekylære byggesten har to versioner, der er spejlbilleder af hinanden, kendt som enantiomerer. Selvom det tilsyneladende er identisk, de to enantiomerer kan have en helt anden kemisk adfærd-en kendsgerning, der har store implikationer i vores daglige liv. For eksempel, mens en version af den organiske forbindelse carvone lugter af spearmint, spejlformen lugter som karvefrø. I farmakologi og lægemiddeldesign kan det være vigtigt at kunne skelne mellem de to enantiomerer og adskille dem om nødvendigt, da konsekvenserne kan være livsændrende. For eksempel, mens en enantiomer af betablokkere selektivt retter sig mod hjertet, den anden virker kun på øjets cellemembraner.

Nu, et forskerhold fra DESY, Universität Hamburg og University College London er kommet med en innovativ ny tilgang til at adskille spejlmolekyler og derved introduceret en ny teoretisk ramme for at forstå fænomenet. Værket er offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve . Molekyler, der findes i spejlversioner af hinanden, kaldes kirale efter det antikke græske ord for hånd, henviser til, at højre og venstre hånd er spejlversioner af hinanden. Af hidtil ukendte årsager, Livet favoriserer ofte en version:Mens proteiner næsten altid er venstrehåndede, sukker er normalt højrehåndet.

"Traditionelt set kiral analyse har været begrænset til væsker, men vi ser en stigende stigning i gasfasemetoder, da de tilbyder langt større følsomhed, "siger DESY -videnskabsmanden Andrey Yachmenev, hovedforfatter af undersøgelsen. "Evnen til at afkøle gasser tæt på absolut nul giver os bedre kontrol over vores prøve, og dette kan igen udnyttes til effektivt at adskille enantiomererne og producere højere udbytter af den ene enantiomer i stedet for den anden. "

Kernen i deres tilgang er et specielt designet laser-setup, der består af en optisk centrifuge, en proptrækkerformet laserpuls, der kan spinde molekyler utrolig hurtigt, over en billion gange i sekundet. Når det kombineres med et ekstra elektrisk felt, hele opsætningen bliver chiral, og de to enantiomerer opfører sig forskelligt, viser unik kvantedynamik.

"Interaktionen mellem laserfeltet og et chiralt molekyle skaber det, vi kalder en feltinduceret diastereomer, "forklarer medforfatter Emil Zak fra DESY. Diastereomerer er forskellige konfigurationer af den samme forbindelse, der ikke er spejlversioner af hinanden. Diastereomerers forskellige egenskaber kan bruges til at adskille enantiomererne i rummet." Vigtigt er det, at vores tilgang er kontrollerbar, og vi kan øge produktionen af ​​den ene enantiomer frem for den anden ved blot at ændre den tid, molekylerne bruger på at interagere med laserfeltet, "tilføjer medforfatter Alec Owens fra University College London.

Skemaet er blevet beregningsmæssigt demonstreret på det prototypiske kirale molekyle propylenoxid (C3H6O), som i øvrigt også var det første komplekse organiske kirale molekyle, der blev detekteret i interstellært rum. Der arbejdes nu på at udføre eksperimenter på DESY og udnytte de elektrostatiske afbøjningsteknikker, der var banebrydende i gruppen Controlled Molecule Imaging under ledelse af Jochen Küpper ved Center for Free-Electron Laser Science CFEL, en fælles institution for DESY, Max Planck Society, og Universitet Hamburg.

"Manipulering af kirale molekyler i gasfasen gennemgår en periode med spændende udvikling, både til praktiske anvendelser, der bruges i industrien, og for at give ny indsigt i, hvad der er et meget grundlæggende aspekt af naturen, "siger Yachmenev." Oprindelsen til kiralitet og livets overlevering er et af de store mysterier, men vi kommer efterhånden tættere på en dybere og mere fuldstændig forståelse. "