Het identificeren van rechtshandige en linkshandige moleculen is een cruciale stap voor veel toepassingen in de chemie en farmacie. Een internationaal onderzoeksteam (CELIA-CNRS/INRS/Berlin Max Born Institute/SOLEIL) heeft nu een nieuwe originele en zeer gevoelige methode voorgesteld. De onderzoekers gebruiken laserpulsen van extreem korte duur om elektronen in moleculen te prikkelen tot draaiende bewegingen, waarvan de richting de handigheid van de moleculen onthult. De onderzoeksresultaten verschijnen in Natuurfysica .

Ben je rechtshandig of linkshandig? Nee, we vragen je niet, beste lezer; we vragen uw moleculen. Het spreekt vanzelf dat, afhankelijk van welke hand je gebruikt, je vingers wikkelen zich op de een of andere manier rond een object wanneer je het vastpakt. Het gebeurt zo dat deze handigheid, of 'chiraliteit', is ook erg belangrijk in de wereld van moleculen. In feite, we kunnen stellen dat de handigheid van een molecuul veel belangrijker is dan die van jou:sommige stoffen zullen giftig of heilzaam zijn, afhankelijk van welke "spiegel-tweeling" aanwezig is. Bepaalde medicijnen moeten daarom uitsluitend de rechtshandige of de linkshandige tweeling bevatten.

Het probleem ligt in het identificeren en scheiden van rechtshandige en linkshandige moleculen, die zich precies hetzelfde gedragen, tenzij ze interageren met een ander chiraal object. Een internationaal onderzoeksteam heeft nu een nieuwe methode gepresenteerd die extreem gevoelig is voor het bepalen van de chiraliteit van moleculen.

We weten al sinds de 19e eeuw dat moleculen chiraal kunnen zijn. Het bekendste voorbeeld is misschien wel DNA, waarvan de structuur lijkt op een rechtshandige kurkentrekker. conventioneel, chiraliteit wordt bepaald met behulp van zogenaamd circulair gepolariseerd licht, waarvan de elektromagnetische velden met de klok mee of tegen de klok in draaien, het vormen van een rechter of linker "kurkentrekker", met de as in de richting van de lichtstraal. Dit chirale licht wordt anders geabsorbeerd door moleculen van tegengestelde handigheid. Dit effect, echter, is klein omdat de golflengte van licht veel langer is dan de grootte van een molecuul:de kurkentrekker van het licht is te groot om de chirale structuur van het molecuul efficiënt waar te nemen.

De nieuwe methode, echter, versterkt het chirale signaal aanzienlijk. "De truc is om een ​​zeer korte, circulair gepolariseerde laserpuls op de moleculen, ", zegt Olga Smirnova van het Max Born Institute. Deze puls is slechts enkele tienden van een biljoenste van een seconde lang en draagt ​​energie over aan de elektronen in het molecuul, ze opwinden in spiraalvormige beweging. De beweging van de elektronen volgt van nature een rechtse of linkse helix in de tijd, afhankelijk van de handigheid van de moleculaire structuur waarin ze zich bevinden.

Hun beweging kan nu worden gesondeerd door een tweede laserpuls. Deze puls moet ook kort zijn om de richting van de elektronenbeweging te vangen en voldoende fotonenergie hebben om de aangeslagen elektronen uit het molecuul te slaan. Afhankelijk van of ze met de klok mee of tegen de klok in bewogen, de elektronen zullen langs of tegen de richting van de laserstraal uit het molecuul vliegen.

Hierdoor kunnen de experimentatoren van CELIA de chiraliteit van de moleculen zeer efficiënt bepalen, met een signaal dat 1000 keer sterker is dan met de meest gebruikte methode. Bovendien, het zou iemand in staat kunnen stellen chirale chemische reacties te initiëren en deze in de tijd te volgen. Het komt neer op het toepassen van zeer korte laserpulsen met precies de juiste draaggolffrequentie. De technologie is het resultaat van fundamenteel onderzoek in de natuurkunde en is pas sinds kort beschikbaar. Het zou buitengewoon nuttig kunnen zijn op andere gebieden waar chiraliteit een belangrijke rol speelt, zoals chemisch en farmaceutisch onderzoek.

Nadat ze er met hun nieuwe methode in waren geslaagd de chiraliteit van moleculen te identificeren, de onderzoekers denken nu al aan de ontwikkeling van een methode voor laserscheiding van rechts- en linkshandige moleculen.