La firma quiral de una fragancia puede revelar si un perfume es genuino o falso. De manera similar, la firma quiral de las emisiones de una planta puede proporcionar información sobre si la planta está sana o enferma. Investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) y el Instituto Max Planck de Química (MPIC) han desarrollado un enfoque innovador capaz de identificar y monitorear tales firmas quirales. La mayoría de las sustancias quirales naturales se encuentran en dos formas de imagen especular presentes en diferentes cantidades relativas. Por lo tanto, cada planta y cada perfume debe tener su propio sello quiral individual. Usando su nuevo enfoque, el equipo de investigación ha podido, por primera vez, identificar compuestos quirales dentro de mezclas complejas de gases con un alto nivel de sensibilidad y en tiempo real.

"Nuestra nueva técnica tiene un enorme potencial, específicamente en la agricultura y la industria química", dijo el Dr. Lykourgos Bougas de JGU. El profesor Jonathan Williams de MPIC agregó que "además de las aplicaciones comerciales, esta técnica también nos permitirá decodificar señales quirales en el aire que nos rodea, lo que nos permitirá comprender mejor la química de la atmósfera". Los socios colaboradores ya han solicitado una patente para su técnica.

Los olores naturales difieren de los sintéticos

La quiralidad es una propiedad fundamental de la naturaleza. Nuestras manos derecha e izquierda son una manifestación de esto. Lo que es más importante, existen varias biomoléculas en dos formas de imagen especular que no son superponibles, de la misma manera que una mano derecha no cabe en un guante zurdo. Esto puede afectar la actividad bioquímica de estas moléculas. Un ejemplo único son las emisiones de las plantas. Estos contienen varios compuestos quirales que están naturalmente presentes en ambas formas quirales, los isómeros o enantiómeros D y L. Un ejemplo destacado es la molécula quiral pineno, responsable del olor característico de las coníferas y los pinos. Las proporciones relativas de los dos enantiómeros de pineno varían naturalmente en las emisiones de tales plantas, pero dependen críticamente del estado de salud de la planta.

El mismo principio se aplica en el caso de mezclas complejas de componentes naturales y sintéticos, como en el caso de los perfumes. Cualquier ingrediente quiral ocurrirá tanto en los isómeros D como en los L, pero en diferentes cantidades relativas, dependiendo de si se originan de fuentes naturales o sintéticas. Como suele ocurrir que los componentes naturales se sustituyen por sustancias sintéticas en los perfumes falsificados/falsificados, los perfumes falsos tendrán una firma quiral que difiere de la de los originales.

Investigación bajo los auspicios del proyecto ULTRACHIRAL financiado por la Unión Europea

Los investigadores de Maguncia han desarrollado un método polarimétrico con cavidad mejorada para el análisis quiral óptico como parte del proyecto ULTRACHIRAL patrocinado por la Unión Europea. Pudieron detectar los diferentes efectos de rotación óptica de las moléculas quirales bajo luz polarizada. Para ello, transfirieron una muestra de una planta o un perfume a una pequeña cámara que expusieron a luz polarizada. A continuación, utilizaron un nuevo polarímetro óptico sensible a la quiralidad para medir con precisión y precisión la rotación inducida de la luz polarizada. Los investigadores han podido lograr una sensibilidad que es mejor que la del equipo de última generación actual en varios órdenes de magnitud.

"Nuestro nuevo enfoque de análisis quiral nos brinda resultados precisos, más rápidos y con mejores sensibilidades que las técnicas tradicionales, sin necesidad de calibración antes de cada ejecución de medición. Además, nuestra técnica se ha combinado con la cromatografía de gases por primera vez para separar los componentes individuales en una mezcla compleja. Como resultado, la forma quiral de cada constituyente presente en una mezcla compleja de gases se puede identificar de manera directa y precisa", explicó el Dr. Lykourgos Bougas, físico de JGU, autor principal del artículo que se publicó recientemente. en Avance de la ciencia . En su publicación, el equipo de autores propone toda una gama de posibles nuevas aplicaciones para su método de detección.

Entre ellos se encuentra el control de calidad de los perfumes, actualmente un proceso particularmente complejo ya que los perfumes contienen varios cientos o incluso miles de compuestos diferentes, naturales y sintéticos. Para demostrar la eficacia de su técnica, los investigadores compararon cuatro perfumes comerciales auténticos de alta calidad con sus falsificaciones de bajo costo. El equipo con sede en Mainz pudo diferenciar los perfumes originales de alta calidad de sus imitaciones sobre la base de sus firmas quirales con la ayuda de una sola medición rápida.

Uso potencial en cultivos para controlar la salud de las plantas y la infestación de plagas

La técnica también podría ser de considerable interés en el campo de la agricultura. Tomando una planta conífera joven, el equipo pudo demostrar que la firma quiral de las emisiones de la planta cambió repentinamente tan pronto como la planta resultó dañada. Ya se han observado firmas quirales similares en plantas sujetas a sequía o enfermedad. Estas firmas se pueden emplear en la práctica, por ejemplo, para monitorear continuamente las plantas de cultivo y activar una alarma si están infestadas de insectos, sufren escasez de agua o se vuelven insalubres.

El método también puede ayudar a adquirir más conocimientos sobre los procesos físicos y químicos que ocurren en nuestra atmósfera. Se sabe que los bosques liberan al medio ambiente grandes cantidades de compuestos orgánicos volátiles (COV), muchos de los cuales son quirales. Estas moléculas no solo tienen un efecto sobre la química y la física del aire que nos rodea, sino también sobre nuestro clima. Los COV también pueden ser las sustancias precursoras de aerosoles orgánicos secundarios que influyen en el balance de radiación solar de la Tierra. "Todavía desconocemos en gran medida el papel que juega la quiralidad en todos estos procesos. Para comprender mejor esto, necesitamos nuevos instrumentos y nuevos enfoques, como los que ofrece nuestra investigación", concluyó Bougas.

Para permitir que el nuevo método se implemente más fácilmente en las diversas áreas de aplicación, el Dr. Lykourgos Bougas y el profesor Jonathan Williams esperan que en el futuro se desarrolle una versión portátil del dispositivo. + Explora más

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