Iagttager ændringer i molekylernes chiralitet i realtid

Nogle molekyler kan eksistere i to spejlbilledformer, ligner vores hænder. Selvom sådanne såkaldte enantiomerer har næsten identiske fysiske egenskaber, de er ikke ens. Det, at de opfører sig over for hinanden som billede og spejlbillede, kaldes kiralitet (fra græsk "cheiro" for hånden). I naturen, imidlertid, ofte findes kun en enantiomer, for eksempel i aminosyrer, DNA eller sukker. De enzymer, der producerer disse molekyler, er i sig selv chirale og producerer derfor kun en type enantiomer.

Denne præference for naturen har vidtrækkende konsekvenser. For eksempel, Enantiomerer af lægemidler kan have helt forskellige virkningsmåder, såsom at være giftig eller helt ineffektiv. Fødevare- og kosmetikindustrien er også interesseret i kiralitet, fordi dufte og smag kan opfattes forskelligt afhængigt af enantiomeren. Kemikere forsøger derfor ofte kun at producere en enantiomer eller, hvis dette ikke er muligt, at adskille blandinger af enantiomerer.

For at skelne enantiomerer fra hinanden, kemikere bruger polariseret lys, fordi enantiomerer roterer i polariseret lys i modsatte retninger. Brud eller dannelse af kemiske bindinger finder sted på en meget kort tidsskala, nemlig inden for få femtosekunder (kvadrilliondeler af et sekund). Med eksisterende målinger, det har ikke været muligt at overvåge kiralitet i så korte perioder og dermed følge en kemisk proces.

Forståelse af reaktionerne af chirale molekyler

Forskere ledet af Hans Jakob Wörner, Professor ved Institut for Kemi og Anvendt Biovidenskab, har nu udviklet en ny metode til at observere ændringer i kiralitet direkte under en kemisk reaktion i realtid. Forskerne har genereret femtosekund laserpulser, med skræddersyet, tidsmæssigt forskellige polariseringer, som selv er chirale. Denne nye tilgang gjorde dem for første gang i stand til samtidigt at opnå den nødvendige følsomhed over for kiralitet og tidsopløsning.

I deres eksperiment, som forskerne rapporterede i det videnskabelige tidsskrift PNAS , de begejstrede det gasformige chirale molekyle (R) -2-iodobutan med to ultrakorte ultraviolette laserpulser. Excitationen fik bindingen mellem kulstof og jod til at bryde. I denne proces, 2-butylgruppen er oprindeligt dannet i en kiral konformation, som hurtigt mister sin chiralitet. Ved hjælp af de nyudviklede polariserede laserpulser, de var derefter i stand til at følge live hvordan kiraliteten forsvinder efter bindingsbruddet på grund af spaltningen af ​​jodatomet.

Denne nye metode kan også anvendes på den flydende eller faste fase for at observere de ekstremt hurtige ændringer i molekylær chiralitet, som forskerne siger. Muligheden for at gøre chirale fotokemiske processer direkte tilgængelige på så korte tidsskalaer gør det nu muligt at bedre forstå reaktionerne af chirale molekyler. Dette kunne lette udviklingen af ​​nye eller forbedrede metoder til fremstilling af enantiomerisk rene forbindelser.