Инновационная экспериментальная схема поможет создать зеркальные молекулы

Группа исследователей из Университета DESY, Гамбургского университета и Университетского колледжа Лондона во главе с Йохеном Кюппером (Jochen Küpper) описывает инновационный метод в журнале Physical Review Letters. Как и человеческие руки, многие молекулы в природе существуют в двух версиях и становятся зеркальными отражениями друг друга. По словам ученых, дальнейшее исследование хиральности (отсутствие симметрии относительно правой и левой стороны) не только улучшает понимание природы, но и может проложить путь к созданию новых материалов.

«По неизвестным науке причинам природа почти всегда предпочитает левые белки, в то время как геном организован как знаменитая правая двойная спираль. Уже более века исследователи пытаются раскрыть секреты хиральности в природе, которая не только влияет на жизнь организмов, но и изменяет поведение материалов», — говорит Андрей Ячменев, возглавляющий теоретическую работу в группе Куппера. 

Например, правая версия карвона (C₁₀H₁₄O) дает отличительный вкус тмина, а левая — ключевой фактор привкуса мяты. В природе хиральность встречается только в некоторых типах молекул, однако ее можно создать и искусственно — в так называемых молекулах с симметричной вершиной. Если эти молекулы достаточно быстро перемешать, они потеряют свою симметрию и образуют две зеркальные формы в зависимости от вращения. До сих пор было крайне мало известно об этом феномене вращательно-индуцированной хиральности, поскольку вряд ли существуют какие-либо схемы его генерации, однако это можно выяснить экспериментально.

Команда ученых вычислила этот способ достижения вращательно-индуцированной хиральности. В его основе — штыревидные лазерные импульсы, известные как оптические центрифуги. На примере фосфина (PH₃) выяснилось, что при скорости вращения триллион раз в секунду фосфор-водородная связь, вращающаяся вокруг молекулы, становится значительно короче, и в зависимости от направления вращения появляются две хиральные формы фосфина. Используя сильное статическое электрическое поле, можно выбрать левую или правую версию вращающегося фосфина.

Предлагаемый метод мог бы помочь ученым смодифицировать зеркальные молекулы, а исследование их взаимодействия с окружающей средой — например, с поляризованным светом — должно способствовать дальнейшему проникновению в тайны хиральности и исследованию ее возможного использования.

«Потенциально эта технология может быть полезна для создания новых материалов и использоваться в оптических устройствах», — подчеркивает Куппер.