Farvekodning af molekylære spejlbilleder

Forskere ved Kanazawa University rapporterer i Videnskabens fremskridt en ny metode til at skelne mellem enantiomerer, molekyler, der er spejlbilleder af hinanden. Proceduren, relevant for medicinalindustrien, involverer den kemiske reaktion af mål-enantiomerer med farveindikatorforbindelser bestående af enhånds spiralformede polymerer, fører til opløsninger, der viser forskellige farver i specifikke opløsningsmidler mellem enantiomererne.

Enantiomerer er molekyler, der er hinandens spejlbillede - ligesom ens venstre og højre hånd. De siges at være chirale, chiralitet er betegnelsen for "udviser håndfasthed." Selvom et par enantiomerer har fuldstændig de samme kemiske og fysiske egenskaber, de udviser ofte forskellig fysiologisk aktivitet over for biologiske molekyler. At være i stand til at skelne mellem enantiomerer og detektere chiralitet er vigtigt for farmaceutiske formål - ofte, kun én af to enantiomerer virker som et lægemiddel. Nu, Katsuhiro Maeda fra Kanazawa University og kolleger har fundet en ny metode til bestemmelse af aminernes chiralitet (organiske molekyler med aminogrupper (-NH ₂ )). Fremgangsmåden er baseret på reaktioner, der fører til opløsninger med forskellige farver afhængigt af den tilstedeværende enantiomer.

Maeda og kollegers metode involverer brugen af ​​specielle organiske 'farveindikator'-molekyler bestående af enhånds spiralformede poly(diphenylacetylen)er, der har carboxygrupper i sidekæderne (M–h-poly-1-H og P–h- poly-1-H), som selv er chirale, fordi de har såkaldte enhånds (højre- eller venstrehåndede) spiralstrukturer ("M'et" og "P'et" henviser til venstre- og højrehåndskonfigurationerne, henholdsvis). Forskerne opdagede pludselig, at et par enantiomerer af bestemte chirale aminer, når der reageres med M–h-poly-1-H ved hjælp af et kondenserende reagens, viste helt forskellige farver i bestemte opløsningsmidler (f.eks. i tetrahydrofuran-acetone, gul og rød, henholdsvis) afhængigt af deres chiralitet, derved muliggøres let differentiering med blotte øjne mellem enantiomererne.

Forskerne testede et helt sæt andre aminer, samt andre nitrogenholdige organiske molekyler (specifikt aminoalkoholer og aminoestere), viser også tydelige farvestoffer, der kan spores med det blotte øje. Nogle opløsninger skulle køles ned til -60 °C, imidlertid.

Computersimuleringer af forbindelserne sammen med forskellige eksperimentelle analyser gav indsigt i de molekylære mekanismer på spil. De viste, at for en enantiomer, intramolekylær hydrogenbinding (tiltrækning mellem brintatomer i et molekyle) sker ikke, resulterer i en strakt spiralstruktur og en gul opløsning, hvorimod det gør for den anden enantiomer, får den molekylære helix til at trække sig sammen, hvilket resulterer i en rødfarvet opløsning.

Forskerne brugte deres resultater til at udvikle en procedure til at opnå det såkaldte enantiomere overskud (ee) af en blanding af chirale molekyler, et mål for den enantiomere 'renhed':et ee på 0% betyder en lige stor mængde venstre- og højrehåndede molekyler, hvorimod et ee på 100 % svarer til situationen, hvor kun én type enantiomer er til stede. For det, de kvantificerede farvemålingen ved at optage absorptionsspektre eller ved digital fotografering ved at konvertere til RGB (rød, grøn, blå) værdier; disse afhænger af en blandings ee. Bestemmelser med lav fejl kunne foretages, som var i fremragende overensstemmelse med målinger opnået ved den nuværende standardteknik (kaldet højtydende væskekromatografi).

Maeda og kolleger regner med, at de kan designe andre indikatormolekyler og udvide metoden. Citerer forskerne:"Dette burde være gældende på stedet, blotte øje-bestemmelse af ee af forskellige funktionelle molekyler og biologisk relevante forbindelser. "