Kiralitet är en grundläggande egenskap hos många organiska molekyler och innebär att kemiska föreningar inte bara kan förekomma i en form, men i två spegelbildsformer också. Kemister vid Martin Luther University Halle-Wittenberg har nu hittat ett sätt att spontant inducera kiralitet i kristallina, flytande kristallina och flytande ämnen, utan att kräva någon yttre påverkan. Fynden kan ha betydelse för utvecklingen av nya aktiva substanser och för materialvetenskap. Studien publicerades nyligen i Kemivetenskap en internationell tidskrift publicerad av Royal Society of Chemistry.

Kiralitet finns i nästan alla molekyler som förekommer i naturen. "Molekyler är rumsliga arrangemang av sammankopplade atomer. Många molekyler, dock, har inte bara en form, men minst två, " förklarar professor Carsten Tschierske, en kemist på MLU. När dessa former är spegelbilder av varandra kallas det kiralitet.

Båda spegelbildsformerna produceras i lika antal under normala kemiska reaktioner i laboratoriet. "Dock, saker händer annorlunda i naturen:kolhydrater, aminosyror och nukleinsyror har bara en dominant form, " förklarar Tschierske. Och med goda skäl:t.ex. nukleinsyror bär information om vårt DNA. Även de minsta förändringar i vårt genetiska material kan leda till allvarliga sjukdomar. "Om varje nukleinsyra hade två former, strukturen på vårt DNA skulle vara kaotisk eftersom det skulle finnas för många möjliga variationer. Livet som vi känner det skulle vara omöjligt, " konstaterar Tschierske.

Den exakta processen som en gång skapade den enhetliga kiraliteten i dessa molekyler är fortfarande okänd. Vidare, det antogs länge att blandningar av spegelbildsmolekyler endast kan separeras spontant i kristallina material. Dock, i en studie publicerad i Naturkemi under 2014, Tschierskes team kunde visa att detta fenomen med kiral klyvning också kan observeras i vätskor. "Detta är viktigt eftersom livets ursprung finns i flytande vattensystem, " förklarar kemisten.

I denna nya studie, hans lag gick ett steg längre. Forskarna hittade ett sätt att inte bara generera kiralitet i vätskor, men också att specifikt överföra det till flytande kristallina och kristallina material utan att ådra sig några förluster. Att göra detta, forskarna använde bensil, en molekyl som normalt är akiral, med andra ord, har ingen spegelbild, men kan vridas på ett sådant sätt att det blir kiralt. "Vi visste redan att bensil kunde kristallisera i en enhetlig kiral form, " säger Tschierske. Genom att modifiera denna molekyl, forskarna kunde spontant generera molekyler med enhetlig kiralitet även i flytande tillstånd – och bibehålla detta tillstånd under omvandlingar. "Dessa fynd bidrar till vår förståelse av bildandet av enhetlig biokiralitet. Samtidigt, vårt tillvägagångssätt kan också användas för att syntetisera kirala molekyler och material – utan att kräva dyra kirala prekursorer, " förklarar Tschierske.

Studien som genomfördes i Halle bidrar till vår förståelse av hur enhetlig biokiralitet kan ha utvecklats för miljoner år sedan. På samma gång, det ger nya insikter om hur kiralitet kan skapas spontant. Det finns ett brett utbud av applikationer:t.ex. kirala substanser kan användas som aktiva ingredienser i medicin. Forskningsresultaten kan också användas i en mängd olika material, till exempel inom optisk informationsbehandling.