Los científicos descubren un nuevo fenómeno para romper la simetría quiral

Los investigadores de la Universidad de Osaka han descubierto un nuevo tipo de ruptura de la simetría quiral (CSB) en un compuesto orgánico cristalino.

Este fenómeno, que implica una transición estructural a un estado sólido de un cristal achiral a un cristal quiral, representa un progreso significativo en nuestra comprensión de la quiralidad y ofrece un modelo simplificado para estudiar el origen de la homocralidad. Esta transformación también activa la luminiscencia polarizada circular, permitiendo nuevos materiales ópticos con propiedades de luz de sintonización.

El trabajo fue publicado en Ciencia química.

La quiralidad, o «mandato», es una propiedad fundamental de los objetos, desde galaxias hasta moléculas y juega un papel crucial en los sistemas biológicos. Sin embargo, los compuestos quirales en organismos vivos, como azúcares y aminoácidos, existen casi exclusivamente en una sola forma.

Este fenómeno, conocido como «homoquiralidad biológica», tiene científicos perplejos y su mecanismo a continuación sigue siendo difícil de alcanzar. Comprender cómo surge una preferencia para una forma quiral en la otra es crucial para comprender el origen de la vida misma.

Anteriormente, se observaron dos tipos de fenómenos CSB, enriquecimiento preferencial y maduración de Viedma. Sin embargo, la complejidad de estos sistemas basados en la solución dificulta identificar los mecanismos precisos que guían el CSB.

El descubrimiento del equipo de la Universidad de Osaka de un CSB de estado sólido proporciona un modelo drásticamente simplificado para estudiar este fenómeno. Descubrieron que un derivado de la fenotiazina quiral puede pasar de una forma achiral cristalina a un quiral mientras mantiene una sola cristalinidad. Esta transición implica la reversión de la quiralidad molecular dentro de la red cristalina sin ninguna influencia externa como solventes o impurezas.

Este solo CSB de estado sólido ofrece ventajas significativas para el estudio de los principios fundamentales que regulan la selección quiral. La simplicidad del sistema permite un análisis estructural detallado utilizando técnicas como la difracción de los rayos x, lo que permite a los investigadores ver movimientos moleculares durante la transición.

Esto proporciona información valiosa sobre la dinámica de la CSB, lo que puede revelar los mecanismos a continuación responsables de los homiles en los sistemas biológicos. Además, la transición desencadena una «ignición» de la luminiscencia polarizada circular (CPL), abriendo las posibilidades para el desarrollo de nuevos materiales ópticos con propiedades conmutables de CPL.

Este descubrimiento tiene profundas implicaciones para comprender el origen de la homoquiralidad y su papel en el desarrollo de la vida. Además, esta investigación podría abrir el camino hacia el desarrollo de materiales avanzados con propiedades quirales hechas a medida para aplicaciones en productos farmacéuticos, electrónica y otros campos.

«Es fascinante cómo la vida se compone de un solo enantiómero de aminoácidos y cómo se manifiesta esta quiralidad en nuestros cuerpos», dijo el Dr. Ryusei Oketani en la Universidad de Osaka, quien dirigió la investigación.

«Este estudio representa un gran paso para comprender cómo las moléculas quirales se distorsionan hacia una forma y sobre cómo desarrollan sus estructuras ensambladas. Aunque esto parece una investigación fundamental, las moléculas quirales son componentes clave de los medicamentos y los materiales de próxima generación. Este trabajo proporciona una base para producir estas sustancias esenciales eficientes».