德国科研人员发现可用晶体等物质自发诱生手性(图)

德国马丁路德大学(Martin Luther University Halle Wittenberg )称,目前该校研究人员已经找到了一种用晶体、液晶和液体物质自发诱生手性的方法,而不需要任何外部影响。该研究结果对开发新的活性物质和材料科学具有重要意义,其研究论文发表在最近一期的英国皇家化学学会《化学科学》期刊上。

手性是许多有机分子的一个基本性质,意味着化合物不仅可以以一种形式出现,还可以以两种镜像形式出现。

据维基百科介绍:手性,又称为对掌性(英语:chirality)一词源于希腊语词干“手”χειρ(ch[e]ir)。如果某物体与其镜像不同,则其被称为“手性的(英语:chiral)”,且其镜像是不能与原物体重合的,就如同左手和右手互为镜像而无法迭合。手性物体与其镜像被称为对映体(enantiomorph,希腊语意为“相对/相反形式”);在有关分子概念的引用中也被称为对映异构体。可与其镜像迭合的物体被称为非手性的(achiral),有时也称为双向的(amphichiral)

举一例子(如上图):我们知道碳的四个键结以接近(看所键结原子不同而有稍微偏差)正四面体分布,则如右图。以丙氨酸的甲基(CH3-)为纵轴旋转可发现两分子无法重叠,互为对映异构体。

手性几乎存在于自然界中所有的分子中。”分子是相互连接的原子的空间排列。然而,许多分子不仅有一种形式,而且至少有两种,” 化学家,MLU 大学卡斯滕·齐尔斯克教授(Carsten Tschierske)解释道。当这些形式是彼此的镜像时,称为手性。

这两种镜像形式在实验室的正常化学反应过程中产生的数量相等。”然而,自然界的情况不同:碳水化合物、氨基酸和核酸只有一种主要形式,” Tschierske 解释道。有充分的理由:例如,核酸携带有关我们DNA的信息。即使是我们基因物质的微小变化也会导致严重的疾病。”如果每个核酸都有两种形式,我们的DNA结构就会混乱,因为可能会有太多的变异。“我们所知道的生活是不可能的,”Tschierske 说。

曾经在这些分子中形成均匀手性的确切过程仍然未知。此外,人们长期以来认为,镜像分子的混合物只能在晶体材料中自发分离。然而,2014年Tschierske团队发表在《自然化学》杂志上的一项研究中证明,这种手性切割现象也可以在液体中观察到。”这一点很重要,因为生命起源于液态水体系,”这位化学家解释说。

而在目前这项新的研究中,Tschierske团队研究人员更进一步发现了不仅可以在液体中产生手性,还可以将其专门转移到液晶和晶体材料中,而不会造成任何损失。为了做到这一点,科学家们使用了苯齐尔,一种通常是非手性的分子,换句话说,它没有镜像,但可以被扭曲成手性。” 我们已经知道苯齐尔可以结晶成均匀的手性形状,”Tschierske说。通过修饰这种分子,它们能够自发地生成即使在液态也具有均匀手性的分子,并在转化过程中保持这种状态。”这些发现有助于我们理解均匀生物手性的形成。同时,我们的方法也可以用于合成手性分子和材料,而不需要昂贵的手性前体,”Tschierske解释道。

他们进行的这项研究有助于人们理解数百万年前均匀生物手性是如何发展的。同时,它为如何自发地产生手性提供了新的见解,及开发潜在的广泛的应用:例如,手性物质可以作为药物的活性成分。这项研究成果还可用于多种材料,例如光学信息处理等。

新闻来源:https://agenparl.eu/new-study-chemists-at-the-university-of-halle-are-able-to-induce-uniform-chirality

(美国华文网 圣地亚哥华文网俊隽编发 USChinesePress.com SanDiegoChinesePress.com)