Vissa molekyler kan existera i två spegelbildsformer, liknande våra händer. Även om så kallade enantiomerer har nästan identiska fysikaliska egenskaper, de är inte desamma. Det faktum att de beter sig mot varandra som bild och spegelbild kallas kiralitet (från grekiska "cheiro" för hand). I naturen, dock, ofta finns bara en enantiomer, till exempel i aminosyror, DNA eller socker. Enzymerna som producerar dessa molekyler är själva kirala och producerar därför endast en typ av enantiomer.

Denna naturpreferens har långtgående konsekvenser. Till exempel, enantiomerer av läkemedel kan ha helt olika verkningsmetoder, som att vara giftig eller helt ineffektiv. Mat- och kosmetikaindustrin är också intresserad av kiralitet eftersom dofter och smaker kan uppfattas olika beroende på enantiomeren. Kemister försöker därför ofta producera endast en enantiomer eller, om detta inte är möjligt, att separera blandningar av enantiomerer.

För att skilja enantiomerer från varandra, kemister använder polariserat ljus eftersom enantiomerer roterar i planet för polariserat ljus i motsatta riktningar. Brytningen eller bildandet av kemiska bindningar sker på en mycket kort tidsskala, nämligen inom några femtosekunder (kvadriljondelar av en sekund). Med befintliga mätningar, det har inte varit möjligt att övervaka kiralitet på så kort tid och därmed följa en kemisk process.

Förstå reaktionerna hos kirala molekyler

Forskare under ledning av Hans Jakob Wörner, Professor vid Institutionen för kemi och tillämpad biovetenskap, har nu utvecklat en ny metod för att observera förändringar i kiralitet direkt under en kemisk reaktion i realtid. Forskarna har genererat femtosekundlaserpulser, med skräddarsydda, tidsmässigt varierande polariseringar, som själva är kirala. Detta nya tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem för första gången att samtidigt uppnå den nödvändiga känsligheten för kiralitet och tidsupplösning.

I deras experiment, som forskarna rapporterade i den vetenskapliga tidskriften PNAS , de upphetsade den gasformiga kirala molekylen (R) -2-jodbutan med två ultrakorte ultravioletta laserpulser. Excitationen fick bindningen mellan kol och jod att brytas. I denna process, 2-butylradikalen bildas initialt i en kiral konformation, som snabbt tappar sin chiralitet. Med hjälp av de nyutvecklade polariserade laserpulserna, de kunde sedan följa live hur kiraliteten försvinner efter bindningsbrottet på grund av klyvningen av jodatomen.

Denna nya metod kan också tillämpas på den flytande eller fasta fasen för att observera de extremt snabba förändringarna i molekylkiralitet, som forskarna säger. Möjligheten att göra kirala fotokemiska processer direkt tillgängliga på så korta tidsskalor gör det nu möjligt att bättre förstå reaktionerna hos kirala molekyler. Detta kan underlätta utvecklingen av nya eller förbättrade metoder för framställning av enantiomeriskt rena föreningar.