Gli scienziati scoprono un nuovo fenomeno di rottura della simmetria chirale
Una nuova transizione allo stato solido offre indizi sull'origine dell'omochiralità
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I ricercatori dell'Università di Osaka hanno scoperto un nuovo tipo di rottura della simmetria chirale (CSB) in un composto organico cristallino. Questo fenomeno, che comporta una transizione strutturale allo stato solido da un cristallo achirale a uno chirale, rappresenta un significativo progresso nella comprensione della chiralità e offre un modello semplificato per studiare l'origine dell'omochiralità. Questa trasformazione attiva anche la luminescenza polarizzata circolarmente, rendendo possibili nuovi materiali ottici con proprietà luminose regolabili.
Nuova rottura spontanea della simmetria chirale in un cristallo singolo
Ryusei Oketani et al., Spontaneous chiral symmetry breaking in a single crystal, Chemical Science 2025, Ryusei Oketani et al., Spontaneous chiral symmetry breaking in a single crystal, Chemical Science
La chiralità, o "handedness", è una proprietà fondamentale degli oggetti, dalle galassie alle molecole, e svolge un ruolo cruciale nei sistemi biologici. Tuttavia, i composti chirali presenti negli organismi viventi, come gli zuccheri e gli amminoacidi, esistono quasi esclusivamente in un'unica forma. Questo fenomeno, noto come "omochiralità biologica", ha lasciato a lungo perplessi gli scienziati e il suo meccanismo di base rimane elusivo. Capire come nasce la preferenza per una forma chirale rispetto all'altra è fondamentale per comprendere l'origine della vita stessa.
In precedenza sono stati osservati in soluzione due tipi di fenomeni di CSB, l'arricchimento preferenziale e la maturazione di Viedma. Tuttavia, la complessità di questi sistemi basati su soluzioni rende difficile individuare i meccanismi precisi che guidano la CSB. La scoperta di un CSB allo stato solido da parte del team dell'Università di Osaka fornisce un modello drasticamente semplificato per lo studio di questo fenomeno. Hanno scoperto che un derivato fenotiazinico chirale può passare da una forma cristallina achirale a una chirale mantenendo la cristallinità singola. Questa transizione comporta l'inversione della chiralità molecolare all'interno del reticolo cristallino, senza alcuna influenza esterna come solventi o impurità.
Questo unico CSB allo stato solido offre vantaggi significativi per lo studio dei principi fondamentali che regolano la selezione chirale. La semplicità del sistema consente un'analisi strutturale dettagliata con tecniche come la diffrazione di raggi X, permettendo ai ricercatori di visualizzare i movimenti molecolari durante la transizione. Ciò fornisce preziose indicazioni sulla dinamica della CSB, rivelando potenzialmente i meccanismi sottostanti responsabili dell'omochiralità nei sistemi biologici. Inoltre, la transizione innesca una "accensione" della luminescenza polarizzata circolarmente (CPL), aprendo la possibilità di sviluppare nuovi materiali ottici con proprietà CPL commutabili.
Questa scoperta ha profonde implicazioni per la comprensione dell'origine dell'omociralità e del suo ruolo nello sviluppo della vita. Inoltre, questa ricerca potrebbe aprire la strada allo sviluppo di materiali avanzati con proprietà chirali personalizzate per applicazioni in campo farmaceutico, elettronico e in altri settori.
"È affascinante come la vita sia composta da un solo enantiomero di aminoacidi e come questa chiralità si manifesti nel nostro corpo", ha dichiarato il dottor Ryusei Oketani dell'Università di Osaka, che ha guidato la ricerca. Questo studio rappresenta un passo importante verso la comprensione di come le molecole chirali si orientino verso una forma e di come si sviluppino le loro strutture assemblate". Anche se sembra una ricerca fondamentale, le molecole chirali sono componenti chiave dei prodotti farmaceutici e dei materiali di nuova generazione. Questo lavoro fornisce una base per produrre in modo efficiente queste sostanze essenziali".
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