Cuando se gira rápidamente, Las moléculas simétricas como la fosfina (PH) pierden su simetría:el enlace entre el fósforo y el hidrógeno a lo largo del eje de rotación es más corto que los otros dos enlaces. Dependiendo del sentido de giro, Se forman dos versiones de la molécula en espejo invertido. Crédito:DESY, Andrey Yachmenev
Explorando el misterio de la destreza molecular en la naturaleza, Los científicos han propuesto un nuevo esquema experimental para crear moléculas espejo hechas a medida para su análisis. La técnica puede hacer que las moléculas ordinarias giren tan rápido que pierdan su simetría y forma normales y formen versiones espejadas entre sí. El equipo de investigación de DESY, Universität Hamburg y University College London dirigido por Jochen Küpper describen el método innovador en la revista Cartas de revisión física . La exploración más profunda de la mano, o quiralidad (de la antigua palabra griega para mano, "cheir"), no solo mejora la comprensión del funcionamiento de la naturaleza, pero también podría allanar el camino para nuevos materiales y métodos.
Como tus manos muchas moléculas en la naturaleza existen en dos versiones que son imágenes especulares entre sí. "Por razones desconocidas, la vida tal como la conocemos en la Tierra prefiere casi exclusivamente proteínas zurdas, mientras que el genoma está organizado como la famosa doble hélice diestra, "explica Andrey Yachmenev, quienes lideran este trabajo teórico en el grupo de Küpper en el Center for Free-Electron Laser Science (CFEL). "Durante más de un siglo, Los investigadores han estado desentrañando los secretos de esta lateralidad en la naturaleza, que no solo afecta al mundo viviente, las versiones espejo de ciertas moléculas alteran las reacciones químicas y cambian el comportamiento de los materiales ". Por ejemplo, la versión para diestros de caravone (C 10 H 14 O) le da a la alcaravea su sabor distintivo, mientras que la versión para zurdos es un factor clave para el sabor de la menta verde.
Mano, o quiralidad, solo ocurre naturalmente en algunos tipos de moléculas. "Sin embargo, se puede inducir artificialmente en las llamadas moléculas de cima simétrica, "dice el coautor Alec Owens del Center for Ultrafast Imaging (CUI)." Si estas moléculas se agitan lo suficientemente rápido, pierden su simetría y forman dos formas especulares, dependiendo de su sentido de rotación. Hasta aquí, se sabe muy poco sobre este fenómeno de quiralidad inducida por rotación, porque apenas existen esquemas para su generación que se puedan seguir experimentalmente ".
El equipo de Küpper ahora ha ideado computacionalmente una forma de lograr esta quiralidad inducida por rotación con parámetros realistas en el laboratorio. Utiliza pulsos láser en forma de sacacorchos conocidos como centrífugas ópticas. Para el ejemplo de la fosfina (PH 3 ) sus cálculos de mecánica cuántica muestran que a velocidades de rotación de billones de veces por segundo, el enlace fósforo-hidrógeno sobre el que gira la molécula se vuelve más corto que los otros dos enlaces, y dependiendo del sentido de giro, emergen dos formas quirales de fosfina. "Utilizando un fuerte campo eléctrico estático, se puede seleccionar la versión para zurdos o diestros de la fosfina giratoria, "explica Yachmenev." Para lograr la rotación unidireccional ultrarrápida, el sacacorchos-láser necesita un ajuste fino, sino a parámetros realistas ".
Este esquema promete un camino completamente nuevo a través del espejo hacia el mundo del espejo, ya que en principio también funcionaría con otros, moléculas más pesadas. De hecho, estos en realidad requerirían pulsos láser y campos eléctricos más débiles, pero eran demasiado complejos para resolverlos en estas primeras etapas de la investigación. Sin embargo, como la fosfina es muy tóxica, Probablemente, para los experimentos se preferirían moléculas más pesadas y también más lentas.
El método propuesto podría generar moléculas espejo hechas a medida, y la investigación de sus interacciones con el medio ambiente, por ejemplo con luz polarizada, debería ayudar a profundizar en los misterios de la mano en la naturaleza y explorar su posible utilización, espera Küpper, quien también es profesor de física y química en la Universität Hamburg:"Facilitar una comprensión más profunda del fenómeno de la mano derecha de esta manera también podría contribuir al desarrollo de moléculas y materiales hechos a medida basados en la quiralidad, nuevos estados de la materia, y la posible utilización de la quiralidad inducida por rotación en nuevos metamateriales o dispositivos ópticos ".
