A assinatura quiral de uma fragrância pode revelar se um perfume é genuíno ou falso. Da mesma forma, a assinatura quiral das emissões de uma planta pode fornecer informações sobre se a planta está saudável ou doente. Pesquisadores da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e do Instituto Max Planck de Química (MPIC) desenvolveram uma abordagem inovadora capaz de identificar e monitorar tais assinaturas quirais. A maioria das substâncias quirais naturais são encontradas em duas formas espelhadas presentes em diferentes quantidades relativas. Portanto, cada planta e cada perfume deve ter sua própria marca quiral individual. Usando sua nova abordagem, a equipe de pesquisa conseguiu, pela primeira vez, identificar compostos quirais em misturas complexas de gases com alto nível de sensibilidade e em tempo real.
"Nossa nova técnica tem um enorme potencial, especificamente na agricultura e na indústria química", disse o Dr. Lykourgos Bougas da JGU. O professor Jonathan Williams, da MPIC, acrescentou que "além das aplicações comerciais, esta técnica também nos permitirá decodificar sinais quirais no ar ao nosso redor, permitindo-nos entender melhor a química da atmosfera". Os parceiros de cooperação já solicitaram uma patente para sua técnica.

Os odores naturais diferem dos sintéticos

A quiralidade é uma propriedade fundamental da natureza. Nossas mãos direita e esquerda são uma manifestação disso. Mais importante ainda, várias biomoléculas existem em duas formas de imagem especular que não são sobreponíveis – da mesma forma que uma mão direita não cabe em uma luva para canhotos. Isso pode afetar a atividade bioquímica dessas moléculas. Um exemplo único são as emissões das plantas. Estes contêm vários compostos quirais que estão naturalmente presentes em ambas as formas quirais, os isômeros D e L ou enantiômeros. Um exemplo de destaque é a molécula quiral pineno, responsável pelo odor característico de coníferas e pinheiros. As proporções relativas dos dois enantiômeros de pineno variam naturalmente nas emissões de tais plantas, mas dependem criticamente do estado de saúde da planta.

O mesmo princípio se aplica no caso de misturas complexas de componentes naturais e sintéticos, como no caso de perfumes. Quaisquer ingredientes quirais ocorrerão em ambos os isômeros D e L, mas em quantidades relativas diferentes, dependendo de se originarem de fontes naturais ou sintéticas. Como muitas vezes os componentes naturais são substituídos por substâncias sintéticas em perfumes falsos/falsificados, os perfumes falsos terão uma assinatura quiral diferente da dos originais.

Pesquisa sob a égide do projeto ULTRACHIRAL financiado pela União Europeia

Os pesquisadores baseados em Mainz desenvolveram um método polarimétrico aprimorado por cavidade para análise quiral óptica como parte do projeto ULTRACHIRAL patrocinado pela UE. Eles foram capazes de detectar os diferentes efeitos de rotação óptica de moléculas quirais sob luz polarizada. Para isso, eles transferiram uma amostra de um perfume de planta ou perfume para uma pequena câmara que expuseram à luz polarizada. Eles então usaram um novo polarímetro óptico sensível à quiralidade para medir com precisão e precisão a rotação induzida da luz polarizada. Os pesquisadores conseguiram alcançar uma sensibilidade melhor do que a dos atuais equipamentos de última geração em várias ordens de grandeza.

"Nossa nova abordagem de análise quiral nos fornece resultados precisos, mais rápidos e com melhores sensibilidades do que as técnicas tradicionais, sem a necessidade de qualquer calibração antes de cada medição. Além disso, nossa técnica foi combinada com cromatografia gasosa pela primeira vez para separar os componentes individuais em uma mistura complexa. Como resultado, a forma quiral de cada constituinte presente em uma mistura complexa de gases pode ser identificada de forma direta e precisa", explicou o físico da JGU, Dr. Lykourgos Bougas, principal autor do artigo recentemente publicado em Avanços da ciência . Em sua publicação, a equipe de autores propõe toda uma gama de possíveis novas aplicações para seu método de detecção.

Entre eles está o controle de qualidade de perfumes, atualmente um processo particularmente complexo, pois os perfumes contêm várias centenas ou mesmo milhares de diferentes compostos – naturais e sintéticos. Para demonstrar a eficácia de sua técnica, os pesquisadores compararam quatro perfumes comerciais autênticos de alta qualidade com suas falsificações de baixo custo. A equipe baseada em Mainz foi capaz de diferenciar os perfumes originais de alta qualidade de suas imitações com base em suas assinaturas quirais com a ajuda de uma única medição rápida.

Potencial uso no cultivo de culturas para monitorar a saúde das plantas e a infestação de pragas

A técnica também pode ser de considerável interesse no campo da agricultura. Tomando uma planta jovem de coníferas, a equipe conseguiu mostrar que a assinatura quiral das emissões da planta mudou repentinamente assim que a planta foi danificada. Assinaturas quirais semelhantes já foram observadas em plantas sujeitas a secas ou doenças. Essas assinaturas podem ser empregadas na prática, por exemplo, para monitorar continuamente as plantas cultivadas e acionar um alarme se estas estiverem infestadas por insetos, sofrerem falta de água ou ficarem insalubres.

O método também pode ajudar a obter mais informações sobre os processos físicos e químicos que ocorrem em nossa atmosfera. Sabe-se que as florestas liberam grandes quantidades de compostos orgânicos voláteis (COVs) no meio ambiente, muitos dos quais são quirais. Essas moléculas não apenas afetam a química e a física do ar ao nosso redor, mas também o nosso clima. Os VOCs também podem ser as substâncias precursoras de aerossóis orgânicos secundários que influenciam o balanço de radiação solar da Terra. "Ainda desconhecemos em grande parte o papel que a quiralidade desempenha em todos esses processos. Para entender melhor isso, precisamos de novos instrumentos e novas abordagens, como a fornecida por nossa pesquisa", concluiu Bougas.

Para permitir que o novo método seja implementado mais facilmente nas diversas áreas de aplicação, o Dr. Lykourgos Bougas e o Professor Jonathan Williams esperam que uma versão portátil do dispositivo seja desenvolvida no futuro. + Explorar mais

O metamaterial melhora significativamente os sinais de nanopartículas quirais