В ходе исследования загадки молекулярной хиральности в природе, исследователи разработали новую экспериментальную методику для получения энантиомерных молекул. Эта методика способна вызывать быстрое вращение обычных молекул, приводящее к потере ими исходной симметрии и формы, и, как следствие, к формированию их зеркальных образов.
Группа ученых из Университета DESY, Гамбургского университета и Университетского колледжа Лондона под руководством Йохена Кюппера (Jochen Küpper) описывает инновационный метод в журнале Physical Review Letters. Как и человеческие руки, многие молекулы в природе существуют в двух версиях и становятся зеркальными отражениями друг друга. По словам ученых, дальнейшее исследование хиральности (отсутствие симметрии относительно правой и левой стороны) не только улучшает понимание природы, но и может проложить путь к созданию новых материалов.
«По причинам, которые пока не объяснены наукой, природа почти всегда отдает предпочтение левым белкам, несмотря на то, что геном имеет структуру знаменитой правой двойной спирали. Более столетия ученые пытаются понять загадки хиральности в природе, которая не только влияет на жизнь организмов, но и изменяет поведение материалов», — говорит Андрей Ячменев, возглавляющий теоретическую работу в группе Куппера.
Например, правая версия карвона (C10H14Кумин придает характерный вкус, а ментол — ключевой фактор привкуса мяты. Хиральность в природе встречается лишь в некоторых молекулах, но ее можно создать искусственно, используя соединения с симметричной структурой. При интенсивном перемешивании такие молекулы теряют симметрию, распадаясь на две зеркальные формы, зависящие от направления вращения. До недавнего времени этот феномен вращательно-индуцированной хиральности был малоизучен, поскольку существовало немногочисленные способы его создания, однако это можно установить экспериментальным путем.
Ученые разработали метод создания вращательной хиральности, использующий штыревидные лазерные импульсы, также известные как оптические центрифуги. В качестве примера был использован фосфин (PH 3) было установлено, что при скорости вращения, достигающей триллиона оборотов в секунду, фосфор-водородная связь, находящаяся в движении вокруг молекулы, становится значительно короче, и в зависимости от направления вращения появляются две хиральные формы фосфина. Используя сильное статическое электрическое поле, можно выбрать левую или правую версию вращающегося фосфина.
Предлагаемый метод позволит ученым модифицировать молекулы с зеркальной структурой, а изучение их взаимодействия с окружающей средой, в частности с поляризованным светом, должно расширить понимание хиральности и способствовать изучению ее потенциальных применений.
«Данная технология может найти применение в разработке инновационных материалов и использоваться в оптических устройствах», — подчеркивает Куппер.