Новый механизм передачи хиральности между молекулами в наномасштабе
Хиральность — это свойство материи, при котором объект (например, молекула) не совпадает со своим зеркальным отражением, как правая и левая рука. Это свойство определяет биологическую активность молекул, от ДНК до лекарств.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications под руководством профессора Жозепа Пучмарти-Луиса (Университет Барселоны, IQTC), описывает ранее неизвестный механизм передачи хиральности между молекулами.
Почему контроль хиральности важен
В химии и фармакологии каждый энантиомер (зеркальный изомер) молекулы может обладать разной, в том числе токсичной, активностью. Поэтому асимметрический синтез — получение только одного нужного энантиомера — критически важен для создания лекарств, пестицидов, ароматизаторов.
Существующие методы (например, хиральное разделение, асимметрический катализ) имеют ограничения: выход не более 50%, необходимость в энантиомерно чистых соединениях из природных источников, дополнительные стадии синтеза.
Новый подход: контроль через гидродинамику
Учёные обнаружили, что можно контролировать знак хиральности на молекулярном уровне, манипулируя геометрией реактора на макроскопическом уровне.
Механизм:
- В спиральном канале (геликоидальном реакторе) изогнутые стенки создают центробежные силы.
- Это приводит к образованию вторичных течений (вихрей) в плоскости, перпендикулярной основному потоку жидкости.
- Эти вихри представляют собой области противоположной хиральности и создают необходимое хиральное окружение для энантиоселекции.
- Модулируя геометрию спирального реактора, можно управлять асимметрией вторичных потоков. Это позволяет направить зону реакции (где реагенты встречаются) исключительно в область одного из двух вихрей, а значит — под воздействие определённой хиральности.
- Таким образом, направление закрученности спирали реактора определяет результат энантиоселекции на молекулярном уровне.
Значение открытия
Исследование открывает новые пути для энантиоселекции без использования энантиомерно чистых соединений — только за счёт комбинации геометрии реактора и условий потока. Оно также даёт фундаментальное понимание механизмов передачи хиральности, демонстрируя, что это свойство живой материи основано на синергии физических и химических ограничений, действующих на множестве масштабов.