Algumas moléculas podem existir em duas formas de imagem de espelho, semelhante às nossas mãos. Embora os chamados enantiômeros tenham propriedades físicas quase idênticas, Eles não são os mesmos. O fato de se comportarem como imagem e espelho é denominado quiralidade (do grego "cheiro", que significa mão). Na natureza, Contudo, frequentemente, apenas um enantiômero existe, por exemplo em aminoácidos, DNA ou açúcares. As enzimas que produzem essas moléculas são quirais e, portanto, produzem apenas um tipo de enantiômero.

Essa preferência da natureza tem consequências de longo alcance. Por exemplo, enantiômeros de drogas podem ter modos de ação completamente diferentes, como ser tóxico ou completamente ineficaz. A indústria de alimentos e cosméticos também está interessada na quiralidade porque fragrâncias e sabores podem ser percebidos de forma diferente dependendo do enantiômero. Os químicos, portanto, muitas vezes tentam produzir apenas um enantiômero ou, se isso não for possível, para separar misturas de enantiômeros.

Para distinguir enantiômeros uns dos outros, os químicos usam luz polarizada porque os enantiômeros giram no plano da luz polarizada em direções opostas. A quebra ou formação de ligações químicas ocorre em uma escala de tempo muito curta, ou seja, dentro de alguns femtossegundos (quatrilionésimos de segundo). Com as medições existentes, não foi possível monitorar a quiralidade em tão curtos períodos de tempo e, portanto, seguir um processo químico.

Compreendendo as reações das moléculas quirais

Pesquisadores liderados por Hans Jakob Wörner, Professor do Departamento de Química e Biociências Aplicadas, agora desenvolveram um novo método para observar mudanças na quiralidade diretamente durante uma reação química em tempo real. Os pesquisadores geraram pulsos de laser de femtossegundos, com feito sob medida, polarizações que variam temporalmente, que são eles próprios quirais. Esta nova abordagem permitiu-lhes, pela primeira vez, alcançar simultaneamente a sensibilidade necessária para quiralidade e resolução de tempo.

Em seu experimento, que os cientistas relataram na revista científica PNAS , eles excitaram a molécula quiral gasosa (R) -2-iodobutano com dois pulsos ultravioleta ultravioleta. A excitação causou a quebra da ligação entre o carbono e o iodo. Nesse processo, o radical 2-butil é inicialmente formado em uma conformação quiral, que rapidamente perde sua quiralidade. Com a ajuda dos pulsos de laser polarizados recentemente desenvolvidos, eles foram então capazes de acompanhar ao vivo como a quiralidade desaparece após a quebra da ligação devido à clivagem do átomo de iodo.

Este novo método também pode ser aplicado à fase líquida ou sólida para observar as mudanças extremamente rápidas na quiralidade molecular, como dizem os cientistas. A possibilidade de tornar os processos fotoquímicos quirais diretamente acessíveis em escalas de tempo tão curtas agora torna possível entender melhor as reações das moléculas quirais. Isso pode facilitar o desenvolvimento de métodos novos ou aprimorados para a produção de compostos enantiomericamente puros.