L'identificazione di molecole destrorse e mancine è un passaggio cruciale per molte applicazioni in chimica e farmaceutica. Un gruppo di ricerca internazionale (CELIA-CNRS/INRS/Berlin Max Born Institute/SOLEIL) ha presentato ora un nuovo metodo originale e molto sensibile. I ricercatori utilizzano impulsi laser di durata estremamente breve per eccitare gli elettroni nelle molecole in un movimento di torsione, la cui direzione rivela la manualità delle molecole. I risultati della ricerca appaiono in Fisica della natura .

Sei destro o mancino? No, non ti stiamo chiedendo, caro lettore; stiamo chiedendo alle vostre molecole. Va da sé che, a seconda della mano che usi, le tue dita si avvolgeranno in un modo o nell'altro attorno a un oggetto quando lo afferri. Accade così che questa manualità, o "chiralità", è molto importante anche nel mondo delle molecole. Infatti, possiamo sostenere che la manualità di una molecola è molto più importante della tua:alcune sostanze saranno tossiche o benefiche a seconda di quale "specchio gemello" è presente. Alcuni medicinali devono quindi contenere esclusivamente il gemello destrorso o mancino.

Il problema sta nell'identificare e separare le molecole destrorse da quelle levogire, che si comportano esattamente allo stesso modo a meno che non interagiscano con un altro oggetto chirale. Un team di ricerca internazionale ha ora presentato un nuovo metodo estremamente sensibile nel determinare la chiralità delle molecole.

Sappiamo che le molecole possono essere chirali dal 19° secolo. Forse l'esempio più famoso è il DNA, la cui struttura ricorda un cavatappi destrorso. Convenzionalmente, la chiralità è determinata utilizzando la cosiddetta luce polarizzata circolarmente, i cui campi elettromagnetici ruotano in senso orario o antiorario, formando un "cavatappi" destro o sinistro, con l'asse lungo la direzione del raggio luminoso. Questa luce chirale viene assorbita in modo diverso da molecole di mano opposta. Questo effetto, però, è piccolo perché la lunghezza d'onda della luce è molto più lunga della dimensione di una molecola:il cavatappi della luce è troppo grande per rilevare in modo efficiente la struttura chirale della molecola.

Il nuovo metodo, però, amplifica notevolmente il segnale chirale. "Il trucco è sparare un cortocircuito, impulso laser polarizzato circolarmente alle molecole, " dice Olga Smirnova del Max Born Institute. Questo impulso è lungo solo alcuni decimi di trilionesimo di secondo e trasferisce energia agli elettroni nella molecola, eccitandoli in un movimento elicoidale. Il movimento degli elettroni segue naturalmente un'elica destra o sinistra nel tempo a seconda della manualità della struttura molecolare in cui risiedono.

Il loro movimento può ora essere sondato da un secondo impulso laser. Questo impulso deve anche essere breve per catturare la direzione del movimento degli elettroni e avere abbastanza energia fotonica per far fuoriuscire gli elettroni eccitati dalla molecola. A seconda che si muovessero in senso orario o antiorario, gli elettroni voleranno fuori dalla molecola lungo o in direzione opposta alla direzione del raggio laser.

Ciò consente agli sperimentatori di CELIA di determinare la chiralità delle molecole in modo molto efficiente, con un segnale 1000 volte più forte rispetto al metodo più comunemente usato. Cosa c'è di più, potrebbe consentire di avviare reazioni chimiche chirali e seguirle nel tempo. Si tratta di applicare impulsi laser molto brevi con la giusta frequenza portante. La tecnologia è il culmine della ricerca di base in fisica ed è disponibile solo da poco tempo. Potrebbe rivelarsi estremamente utile in altri campi in cui la chiralità gioca un ruolo importante, come la ricerca chimica e farmaceutica.

Essendo riusciti a identificare la chiralità delle molecole con il loro nuovo metodo, i ricercatori stanno già pensando di sviluppare un metodo per la separazione laser di molecole destrorse e mancine.