Chiraliteit is een fundamentele eigenschap van veel organische moleculen en betekent dat chemische verbindingen in niet slechts één vorm kunnen voorkomen, maar ook in twee spiegelbeeldvormen. Chemici van de Martin Luther University Halle-Wittenberg hebben nu een manier gevonden om spontaan chiraliteit te induceren in kristallijne, vloeibaar-kristallijne en vloeibare stoffen, zonder enige invloed van buitenaf. De bevindingen kunnen van belang zijn voor de ontwikkeling van nieuwe werkzame stoffen en voor de materiaalkunde. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Chemische Wetenschappen een internationaal tijdschrift uitgegeven door de Royal Society of Chemistry.

Chiraliteit komt voor in bijna alle moleculen die in de natuur voorkomen. "Moleculen zijn ruimtelijke rangschikkingen van onderling verbonden atomen. Veel moleculen, echter, hebben niet slechts één vorm, maar minstens twee " legt professor Carsten Tschierske uit, een chemicus bij MLU. Wanneer deze vormen spiegelbeelden van elkaar zijn, wordt dit chiraliteit genoemd.

Beide spiegelbeeldvormen worden in gelijke aantallen geproduceerd tijdens normale chemische reacties in het laboratorium. "Echter, dingen gebeuren in de natuur anders:koolhydraten, aminozuren en nucleïnezuren hebben maar één dominante vorm, " legt Tschierske uit. En met goede reden:bijvoorbeeld, nucleïnezuren dragen informatie over ons DNA. Zelfs de kleinste veranderingen in ons genetisch materiaal kunnen tot ernstige ziekten leiden. "Als elk nucleïnezuur twee vormen had, de structuur van ons DNA zou chaotisch zijn omdat er te veel variaties mogelijk zouden zijn. Het leven zoals we het kennen zou onmogelijk zijn, ’ stelt Tschierske.

Het exacte proces dat ooit de uniforme chiraliteit in deze moleculen heeft gecreëerd, is nog onbekend. Verder, lang werd aangenomen dat mengsels van spiegelbeeldmoleculen alleen spontaan kunnen scheiden in kristallijne materialen. Echter, in een studie gepubliceerd in Natuurchemie in 2014, Het team van Tschierske kon aantonen dat dit fenomeen van chirale splitsing ook in vloeistoffen kan worden waargenomen. "Dit is belangrijk omdat de oorsprong van het leven wordt gevonden in vloeibare waterige systemen, ’ legt de drogist uit.

In deze nieuwe studie zijn team ging nog een stap verder. De onderzoekers vonden een manier om niet alleen chiraliteit in vloeistoffen te genereren, maar ook om het specifiek over te dragen naar vloeibaar-kristallijne en kristallijne materialen zonder verlies. Om dit te doen, de wetenschappers gebruikten benzil, een molecuul dat normaal achiraal is, met andere woorden, heeft geen spiegelbeeld, maar kan zo worden gedraaid dat het chiraal wordt. "We wisten al dat benzil kon kristalliseren in een uniforme chirale vorm, " zegt Tschierske. Door dit molecuul te modificeren, de onderzoekers waren in staat om spontaan moleculen met uniforme chiraliteit te genereren, zelfs in vloeibare toestand, en om deze toestand te behouden tijdens conversies. "Deze bevindingen dragen bij aan ons begrip van de vorming van uniforme biochiraliteit. Tegelijkertijd, onze aanpak kan ook worden gebruikt om chirale moleculen en materialen te synthetiseren - zonder dat dure chirale voorlopers nodig zijn, ", legt Tschierske uit.

Het onderzoek in Halle draagt ​​bij aan ons begrip van hoe uniforme biochiraliteit zich miljoenen jaren geleden zou kunnen hebben ontwikkeld. Tegelijkertijd, het biedt nieuwe inzichten in hoe chiraliteit spontaan kan worden gegenereerd. Er is een breed scala aan toepassingen:bijvoorbeeld chirale stoffen kunnen worden gebruikt als actieve ingrediënten in de geneeskunde. De onderzoeksresultaten kunnen ook worden gebruikt in een grote verscheidenheid aan materialen, bijvoorbeeld bij optische informatieverwerking.