Chiralità delle molecole: un nuovo approccio per studiarne le proprietà

Un gruppo di ricercatori statunitensi ha sviluppato un innovativo metodo basato sulle microonde per determinare la chiralità delle molecole, con un notevole vantaggio rispetto alle metodiche convenzionali, perché può essere utilizzato anche in presenza di altre specie chimiche e con notevole rapidità. Da migliorare ancora l’accuratezza.

Il mondo visto allo specchio è uguale a quello reale? Un fisico delle particelle certamente risponderebbe di no, perché ci sono processi microscopici che “violano la parità”, la cui immagine vista allo specchio cioè non si può riprodurre al di qua dello specchio. E risponderebbe di no anche un chimico o un farmacologo, perché molte molecole hanno due forme, o enantiomeri, con la stessa struttura chimica ma differente “chiralità”, come un paio di guanti destro e sinistro, e con differenti proprietà chimiche, soprattutto nei processi biologici.

Sulle pagine della rivista “Nature” John Doyle e colleghi della Harvard University descrivono un nuovo metodo diretto di misurazione della chiralità delle molecole basato sulle microonde che ha dimostrato soprattutto una notevole rapidità di utilizzo.

Storicamente, i due metodi di determinazione della chiralità più utilizzati sono di tipo spettroscopico, ovvero sono basati sulla misurazione delle differenti risposte che il campione fornisce quando è attraversato da radiazione elettromagnetica manipolata in modo opportuno. Nel caso in cui la radiazione usata sia polarizzata circolarmente, per esempio, i due enantiomeri forniscono risposte diverse, in termini sia di indice di rifrazione sia di tasso di assorbimento, a seconda che la polarizzazione sia verso sinistra o verso destra. La differenza nell’indice di rifrazione è sfruttata nel metodo denominato rotazione ottica mentre quella nel tasso di assorbimento nel metodo di dicroismo circolare.

Entrambe le metodiche sfruttano in ogni caso luce nello spettro visibile o nell’ultravioletto e coinvolgono le transizioni elettroniche delle molecole. A esse si aggiungono poi altre due tecniche, il dicroismo circolare vibrazionale (VCD) che utilizza la radiazione infrarossa e l’attività ottica Raman (ROA) che sfrutta la radiazione visibile.

Grazie a queste quattro metodiche, si ottengono due misurazioni fondamentali della chiralità: l’eccesso enantiomerico, cioè la preponderanza di un enantiomero sull’altro nel campione, e la configurazione assoluta, cioè la specifica chiralità di un enantiomero.

Il metodo ora descritto da Doyle e colleghi sfrutta invece lo spettro delle microonde, quindi lunghezze d’onda molto più ampie, e presenta alcuni notevoli vantaggi rispetto alle tecniche convenzionali e alcuni limiti. I vantaggi consistono nella possibilità di studiare le molecole d’interesse anche in presenza di altre specie chimiche e nella rapidità delle misurazioni, che vengono effettuate nell’arco della decina di secondi contro i minuti o le ore delle altre tecniche.

I limiti riguardano invece il fatto che il campione deve essere studiato nella fase gassosa, il che può essere una condizione difficile da raggiungere con molecole di grosse dimensioni. Inoltre, l’accuratezza nel caso della determinazione dell’eccesso enantiomerico è di circa il cinque per cento e quindi deve essere migliorata. Il metodo infine non è in grado, allo stato attuale di sviluppo, di determinare la configurazione assoluta di molecole di chiralità sconosciuta.