Это предпочтение природы имеет далеко идущие последствия. Например, энантиомеры лекарств могут иметь совершенно разные механизмы действия, например быть токсичными или совершенно неэффективными. Пищевая и косметическая промышленность также заинтересованы в хиральности, потому что ароматы и ароматизаторы воспринимаются по-разному в зависимости от энантиомера. Поэтому химики часто пытаются получить только один энантиомер или, если это невозможно, разделить смеси энантиомеров.
Чтобы отличать энантиомеры друг от друга, химики используют поляризованный свет, потому что энантиомеры вращают плоскость поляризованного света в противоположных направлениях. Разрыв или образование химических связей происходит в очень коротком временном масштабе, а именно в течение нескольких фемтосекунд (квадриллионных долей секунды).
При существующих измерениях было невозможно отслеживать хиральность за такие короткие периоды времени и, следовательно, следить за химическим процессом.
Понимание реакций хиральных молекул
Исследователи под руководством Ханса Якоба Ворнера, профессора кафедры химии и прикладных биологических наук, разработали новый метод наблюдения изменений хиральности непосредственно во время химической реакции в реальном времени.
Исследователи создали фемтосекундные лазерные импульсы с индивидуально изменяющейся во времени поляризацией, которые сами по себе являются хиральными. Этот новый подход позволил им впервые одновременно достичь необходимой чувствительности к хиральности и временному разрешению.
В своем эксперименте, о котором ученые сообщили в научном журнале PNAS, они возбудили газообразную хиральную молекулу (R) -2-иодбутана двумя ультракороткими ультрафиолетовыми лазерными импульсами. Возбуждение привело к разрыву связи между углеродом и йодом.
В этом процессе 2-бутильный радикал первоначально образуется в хиральной конформации, которая быстро теряет свою хиральность. С помощью недавно разработанных поляризованных лазерных импульсов они смогли вживую проследить, как исчезает хиральность после разрыва связи из-за разрыва атома йода.
Этот новый метод также может быть применен к жидкой или твердой фазе, чтобы наблюдать чрезвычайно быстрые изменения молекулярной хиральности, как говорят ученые.
Возможность сделать хиральные фотохимические процессы напрямую доступными в таких коротких временных масштабах теперь позволяет лучше понять реакции хиральных молекул. Это могло бы облегчить разработку новых или улучшенных методов производства энантиомерно чистых соединений.