Superpolarisoitu valo synteesissä

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Superpolarisoitu valo saattaa mullistaa niin sanottujen kiraalisten molekyylien synteesimenetelmät. Väite perustuu Yiqiao Tangin ja Adam E. Cohenin keksintöön, jossa kiraalisten molekyylien ”oikeakätiset” ja ”vasenkätiset” muodot saatiin absorboimaan superpolarisoitua valoa eri tavalla.

Tutkijat odottavat keksinnölleen sovelluksia erityisesti lääkeainesynteeseissä, sillä lääkemolekyyleistä useimmat esiintyvät kahtena erilaisena peilikuvamuotona. Valmiita synteesimenetelmiä ei kuitenkaan toistaiseksi ole keksitty.

Idea Tangin ja Cohenin keksinnössä nojaa periaatteessa tunnettuun ilmiöön: niin sanottu ympyräpolarisoitu valo on itsessään kiraalista. Ympyräpolarisoitu valo muodostaa nimittäin mikroskooppisella tasolla kierteen, jossa sähkö- ja magneettikentät kiertyvät akselin ympäri yhden aallonpituuden matkalla joko oikealle tai vasemmalle.

Niinpä saman molekyylin eri peilikuvaisomeerit saattavat absorboida eli imeä itseensä ympyräpolarisoitua valoa eri tavoin. Tätä ilmiötä voitaisiin todennäköisesti hyödyntää molekyylien synteesissä, sillä näin molekyylin yhtä muotoa voitaisiin virittää samaan aikaan kun sen toinen muoto voisi levätä rauhassa.

Havainnekuva lineaarisesti polarisoidusta valosta. Nuolet kuvaavat valon sähkökenttävektoria.

Tangin ja Cohenin artikkelin mukaan tämä periaate toimii teoriassa, mutta ongelmaksi on jäänyt näkyvän valon aallonpituus, joka on noin 1 000 kertaa molekyylien mittakaavaa suurempi. Niinpä ero oikea- ja vasenkätisten molekyylien absorptiossa on jäänyt aiemmissa kokeissa joka kerta alle 0,1 prosentin.

Nyt tutkijat onnistuivat rikkomaan juuri tämän rajoitteen. Heidän superpolarisoidussa lasersäteessään valon sähkö- ja magneettikentät kiertyivät ympäri nopeammin kuin yhden kerran aallonpituuden matkalla.

Tällä tavoin toinen peilikuvaisomeeri saatiin imemään itseensä valoa kokeesta riippuen 10–12 kertaa enemmän kuin toinen. Ero aikaisempiin kokeisiin (yllä mainitut 0,1 %) oli siten huikea, noin 10 000 -kertainen.

Superpolarisoidun lasersäteen Tang ja Cohen loivat puoliläpäisevän peilin avulla, niin että tavallinen ympyräpolarisoitu laser sai vuorovaikuttaa peilistä heijastuneen peilikuvansa kanssa. Uutisen lähteet eivät kuitenkaan maininneet lukutietona, kuinka tiivis polarisaatiokierre oli.

Koemolekyyleinä tutkijat käyttivät binaftolin sukuisia aromaattisia amideja (rakennekaava alla), joiden kiralia aiheutuu siitä, ettei molekyylin keskimmäinen sidos pääse pyörimään ympäri.

Ympyräpolarisoitua valoa ei tule sekoittaa tasopolarisoituun valoon. Tasopolarisoidussa valossa sähkö- ja magneettikentät värähtelevät vakiosuunnassa eivätkä kierry. Ei-polarisoidussa valossa fotonien kentät puolestaan värähtelevät satunnaisiin suuntiin.

Kiraaliset molekyylit kiertävät tasopolarisoidun valon värähtelytasoa niin, että eri peilikuvaisomeerit kääntävät sitä yhtä paljon mutta vastakkaisiin suuntiin. Tämä ilmiö on tunnettu jo yli sadan vuoden ajan, ja sitä on käytetty hyödyksi mittauksissa, mutta synteesissä ilmiölle ei ole keksitty mitään sovelluksia.

Kiralialla tarkoitetaan kemiassa peilikuvaisomeriaa eli sitä, että molekyylin peilikuva ei ole identtinen sen itsensä kanssa.

Kahden peilikuvaisomeerin eli enantiomeerin suhde on sama kuin oikean ja vasemman käden. Vaikka ne ovatkin tietyssä mielessä samanlaiset, ja ne voi kääntää keskenään vastakkain, niitä ei saa käännettyä millään tavalla samaan asentoon.

Varsinkin lääkeainesynteeseissä peilikuvaisomerian hallinta on välttämätöntä: siinä missä toinen enantiomeeri voi olla lääke, toinen voi olla täysin tehoton tai jopa myrkyllinen. Peilikuvaisomeerien valmistaminen puhtaana on kuitenkin kemisteille yleensä työlästä, sillä koeputkessa niiden lähes kaikki ominaisuudet ovat identtiset.

Paradoksi biologian ja tavallisten laboratoriokokeiden välillä johtuu siitä, että elollisen luonnon molekyyleistä lähes kaikki ovat kiraalisia ja enantiopuhtaita. Vaikka saman molekyylin eri peilikuvat reagoivatkin ei-kiraalisten molekyylien kanssa samoin, kahden kiraalisen molekyylin väliset reaktiot muuttuvat, jos toinen molekyyleistä vaihdetaan peilikuvakseen.

Niinpä enantiopuhtaiden aineiden synteesi laboratoriossa vaatii avukseen joko kiraalisen katalyytin tai kiraalisen lähtöaineen.
http://www.tekniikkatalous.fi/tk/tiede/ ... 618207.ece

Kommentit (5)

Astronomy
Seuraa 
Viestejä3976
Liittynyt12.6.2007

Mielenkiintoista! Kerro lisää.

"The universe is a big place, perhaps the biggest".
"Those of you who believe in telekinetics, raise my hand".
Kurt Vonnegut
"Voihan fusk." Minä

Hamppu
Seuraa 
Viestejä1145
Liittynyt16.3.2005

En ole koskaan ennen kuullutkaan ympäripolarisoidusta valosta. Noista entantiomeerien hallitusta tuottamisesta tuli mieleen että siihen saattaisi auttaa DNA-origamit. Vähän niinkuin vihjeeksi VTT:lle, tai ketkä näitä nyt sitten Suomessa tutkiikin.

Vierailija
Hamppu
:shock: En ole koskaan ennen kuullutkaan ympäripolarisoidusta valosta. Noista entantiomeerien hallitusta tuottamisesta tuli mieleen että siihen saattaisi auttaa DNA-origamit. Vähän niinkuin vihjeeksi VTT:lle, tai ketkä näitä nyt sitten Suomessa tutkiikin.



Ei DNA:n avulla voi valmistaa esimerkiksi jotain tiettyä lääkeainetta, siihen voi käyttää jossain tapauksissa entsyymejä tai vaikka hometta ym.

Täältä löytyy vähän tarkemmin jotain aiheesta, http://fi.wikipedia.org/wiki/Enantiomeeri

Hamppu
Seuraa 
Viestejä1145
Liittynyt16.3.2005
fenomenologi
Hamppu
:shock: En ole koskaan ennen kuullutkaan ympäripolarisoidusta valosta. Noista entantiomeerien hallitusta tuottamisesta tuli mieleen että siihen saattaisi auttaa DNA-origamit. Vähän niinkuin vihjeeksi VTT:lle, tai ketkä näitä nyt sitten Suomessa tutkiikin.



Ei DNA:n avulla voi valmistaa esimerkiksi jotain tiettyä lääkeainetta, siihen voi käyttää jossain tapauksissa entsyymejä tai vaikka hometta ym.

Täältä löytyy vähän tarkemmin jotain aiheesta, http://fi.wikipedia.org/wiki/Enantiomeeri


Veikkaan ettet ole tutustunut DNA-origameihin. Ja hieman tarkoitusperääni liittymättömästi, eikö kaikki luonnosta saatavat lääkeaineet ole DNA:n peruja, jos tarpeeksi pitkälle mennään niin jopa ihmisen laboratoriossa kehittämät.

Olisin hyvin varovainen sanomaan ettei lähes minkä tahansa molekyylin aikaansaaminen olisi mahdollista DNA-origamien avulla, ja mikäli ei olisikaan niin pitäisin todennäköisenä että ainakin isomeerien erottaminen toisistaan onnistuu tavalla tai toisella DNA-origamien kautta.

Aiheesta löytynee jo parempiakin videoita, mutta tästä saanee hieman osviittaa. http://www.youtube.com/watch?v=Yn1snjEtk54
Myös kolmiulotteisten rakenteiden aikaansaaminen onnistuu DNA-origamien avulla.

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005

Avausviestin kuvatekstissä on virhe. Kuvan valonsäde on ympyräpolarisoitu, eikä lineaarisesti polarisoitu.

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Uusimmat

Suosituimmat