La chiralità è una proprietà fondamentale di molte molecole organiche e significa che i composti chimici possono apparire non solo in una forma, ma anche in due forme speculari. I chimici della Martin Luther University Halle-Wittenberg hanno ora trovato un modo per indurre spontaneamente la chiralità in cristalli, sostanze liquido-cristalline e liquide, senza richiedere alcuna influenza esterna. I risultati potrebbero essere significativi per lo sviluppo di nuove sostanze attive e per la scienza dei materiali. Lo studio è stato recentemente pubblicato su Scienze chimiche una rivista internazionale pubblicata dalla Royal Society of Chemistry.

La chiralità si trova in quasi tutte le molecole presenti in natura. "Le molecole sono disposizioni spaziali di atomi interconnessi. Molte molecole, però, non hanno una sola forma, ma almeno due, " spiega il professor Carsten Tschierske, un chimico alla MLU. Quando queste forme sono immagini speculari l'una dell'altra si parla di chiralità.

Entrambe le forme speculari sono prodotte in numero uguale durante le normali reazioni chimiche in laboratorio. "Però, le cose in natura avvengono diversamente:carboidrati, gli amminoacidi e gli acidi nucleici hanno una sola forma dominante, " spiega Tschierske. E a ragione:per esempio, gli acidi nucleici trasportano informazioni sul nostro DNA. Anche le più piccole modifiche al nostro materiale genetico possono portare a gravi malattie. "Se ogni acido nucleico avesse due forme, la struttura del nostro DNA sarebbe caotica perché ci sarebbero troppe possibili variazioni. La vita come la conosciamo sarebbe impossibile, " afferma Tschierske.

L'esatto processo che una volta ha creato la chiralità uniforme in queste molecole è ancora sconosciuto. Per di più, è stato a lungo ipotizzato che miscele di molecole speculari potessero separarsi spontaneamente solo in materiali cristallini. Però, in uno studio pubblicato su Chimica della natura nel 2014, Il team di Tschierske è stato in grado di dimostrare che questo fenomeno di scissione chirale può essere osservato anche nei liquidi. "Questo è significativo perché le origini della vita si trovano nei sistemi acquosi liquidi, " spiega il chimico.

In questo nuovo studio, la sua squadra ha fatto un passo avanti. I ricercatori hanno trovato un modo per generare non solo chiralità nei liquidi, ma anche per trasferirlo in modo specifico a materiali liquido-cristallini e cristallini senza incorrere in perdite. Per fare questo, gli scienziati hanno usato il benzil, una molecola che normalmente è achirale, in altre parole, non ha immagine speculare, ma può essere attorcigliato in modo tale da renderlo chirale. "Sapevamo già che il benzil poteva cristallizzare in una forma chirale uniforme, " dice Tschierske. Modificando questa molecola, i ricercatori sono stati in grado di generare spontaneamente molecole con chiralità uniforme anche allo stato liquido e di mantenere questo stato durante le conversioni. "Questi risultati contribuiscono alla nostra comprensione della formazione di biochiralità uniforme. Allo stesso tempo, il nostro approccio può essere utilizzato anche per sintetizzare molecole e materiali chirali, senza richiedere costosi precursori chirali, " spiega Tschierske.

Lo studio condotto ad Halle contribuisce alla nostra comprensione di come la biochiralità uniforme potrebbe essersi sviluppata milioni di anni fa. Allo stesso tempo, fornisce nuove intuizioni su come la chiralità può essere generata spontaneamente. Esiste una vasta gamma di applicazioni:ad esempio, le sostanze chirali possono essere utilizzate come principi attivi in ​​medicina. I risultati della ricerca potrebbero essere utilizzati anche in un'ampia varietà di materiali, per esempio nell'elaborazione ottica delle informazioni.