光可用于控制分子的旋向性

在最近的一项研究中，柏林自由大学、汉堡DESY研究中心、基尔大学和堪萨斯州立大学的研究人员展示了光如何将平面分子转变为仅具有一个特定手性的手性分子，从而为长-绝对不对称合成的常设问题。这种新工艺可能特别适用于化学合成化合物。

该研究作为协作研究中心1319极端光传感和驱动分子手性(ELCH)的一部分进行，于12月7日发表在《科学进展》上。

“由四个或更多原子组成的分子通常是手性的——这意味着它们的原子空间排列要么是左手性的，要么是右手性的。每个手性分子都有一个来自镜像世界的双分子，具有相反的手性，”Christiane教授解释说来自柏林自由大学物理系的Koch。

分子的左手和右手版本(也称为对映异构体)彼此完全等效，只是它们与周围环境以及彼此之间的相互作用非常不同，具体取决于手性。这就好比在人类社会交往的世界里，两只手的接触;如果伸出两只右手，那么两个参与者将握手，而如果右手和左手并拢，则两个参与者将握手，这是一种截然不同的手势。

科学家们仍在发现有关分子如何以左手或右手配置排列自己的新信息。“与生物学相关的分子主要是纯手性分子，这意味着在活细胞中，只存在两种可能的对映体中的一种。尽管由完全相同的原子组成，但分子的两个镜像在许多特性上不同，”解释说科赫。

例如，一种对映体可能闻起来像橙子，而另一种可能闻起来像柠檬。“或者更糟糕的是，一种对映体将治愈一种疾病，而另一种将是一种危险的毒药。因此，控制一种特定手性分子手性的形成是化学合成中的一个重要目标，”Koch补充道。

通常，化学家依靠手性化学品来控制手性。然而，还有一种替代方案尚未实施：绝对不对称合成，即仅使用光场控制产物的手性。此前尚不清楚这究竟是如何实现的。

在他们的工作中，DenisTikhonov、AlexanderBlech、MonikaLeibscher、LorenGreenman、MelanieSchnell和ChristianeKoch构想了一个可以在实验中测试的绝对不对称合成程序。

从作为非手性试剂的平面分子COFCl的气态集合开始，通过激发分子平面外的振动运动使碳分子具有手性。这个准备步骤被称为泵。当分子从平面上方到下方来回振动时，分子的旋向性发生变化。这种变化可以通过电离分子和改变泵和探针步骤之间的时间延迟来测量。

为了能够测量整个分子系综的时间依赖性手性，泵步需要由三个必须相互垂直的不同电场建立。否则，给定方向的分子将从左手构型开始，而另一个方向的分子将从右手构型开始，不会留下任何净信号。

该团队确定的电场组合确保所有分子，无论其方向如何，都以相同的旋向开始。用更专业的术语来说，泵浦步骤所需的电场组合可以通过左圆极化脉冲和右圆极化脉冲来实现，它们一起引起所谓的拉曼跃迁以及静电场。探测步骤涉及电离分子。测量电子发射的方向可以推断出分子的旋向性。

作者认为，所提出的实验对于现有的设置是可行的，例如，通过DESY的FLASH提供的圆极化。