Alcune molecole possono esistere in due forme speculari, simile alle nostre mani. Sebbene tali cosiddetti enantiomeri abbiano proprietà fisiche quasi identiche, non sono la stessa cosa. Il fatto che si comportino l'un l'altro come immagine e immagine speculare è chiamato chiralità (dal greco "cheiro" per mano). In natura, però, spesso esiste un solo enantiomero, per esempio negli amminoacidi, DNA o zuccheri. Gli enzimi che producono queste molecole sono essi stessi chirali e quindi producono solo un tipo di enantiomero.

Questa preferenza della natura ha conseguenze di vasta portata. Per esempio, Gli enantiomeri dei farmaci possono avere modalità di azione completamente diverse, come essere tossici o completamente inefficaci. Anche l'industria alimentare e cosmetica è interessata alla chiralità perché le fragranze ei sapori possono essere percepiti in modo diverso a seconda dell'enantiomero. I chimici quindi spesso cercano di produrre un solo enantiomero o, se questo non è possibile, separare miscele di enantiomeri.

Per distinguere gli enantiomeri l'uno dall'altro, i chimici usano la luce polarizzata perché gli enantiomeri ruotano nel piano della luce polarizzata in direzioni opposte. La rottura o la formazione di legami chimici avviene in tempi brevissimi, vale a dire entro pochi femtosecondi (quadrilionesimi di secondo). Con le misurazioni esistenti, non è stato possibile monitorare la chiralità in tempi così brevi e quindi seguire un processo chimico.

Comprendere le reazioni delle molecole chirali

Ricercatori guidati da Hans Jakob Wörner, Professore presso il Dipartimento di Chimica e Bioscienze Applicate, hanno ora sviluppato un nuovo metodo per osservare i cambiamenti nella chiralità direttamente durante una reazione chimica in tempo reale. I ricercatori hanno generato impulsi laser a femtosecondi, con su misura, polarizzazioni variabili nel tempo, che sono essi stessi chirali. Questo nuovo approccio ha permesso loro per la prima volta di raggiungere contemporaneamente la necessaria sensibilità alla chiralità e alla risoluzione temporale.

Nel loro esperimento, che gli scienziati hanno riportato sulla rivista scientifica PNAS , hanno eccitato la molecola chirale gassosa (R)-2-iodobutano con due impulsi laser ultravioletti ultracorti. L'eccitazione ha causato la rottura del legame tra carbonio e iodio. In questo processo, il radicale 2-butile è inizialmente formato in una conformazione chirale, che perde rapidamente la sua chiralità. Con l'aiuto degli impulsi laser polarizzati di nuova concezione, sono stati quindi in grado di seguire dal vivo come la chiralità scompaia dopo la rottura del legame dovuta alla scissione dell'atomo di iodio.

Questo nuovo metodo può essere applicato anche alla fase liquida o solida per osservare i rapidissimi cambiamenti nella chiralità molecolare, come dicono gli scienziati. La possibilità di rendere direttamente accessibili i processi fotochimici chirali su scale temporali così brevi consente ora di comprendere meglio le reazioni delle molecole chirali. Ciò potrebbe facilitare lo sviluppo di metodi nuovi o migliorati per la produzione di composti enantiomericamente puri.