Cientistas descobrem novo fenómeno de quebra de simetria quiral
Uma nova transição no estado sólido oferece pistas sobre a origem da homoquiralidade
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Os investigadores da Universidade de Osaka descobriram um novo tipo de quebra de simetria quiral (CSB) num composto orgânico cristalino. Este fenómeno, que envolve uma transição estrutural em estado sólido de um cristal aciral para um cristal quiral, representa um avanço significativo na nossa compreensão da quiralidade e oferece um modelo simplificado para estudar a origem da homoquiralidade. Esta transformação também ativa a luminescência polarizada circularmente, permitindo a criação de novos materiais ópticos com propriedades de luz sintonizáveis.
Nova quebra espontânea da simetria quiral num único cristal
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
A quiralidade, ou "handedness", é uma propriedade fundamental dos objectos, desde as galáxias às moléculas, e desempenha um papel crucial nos sistemas biológicos. No entanto, os compostos quirais nos organismos vivos, como os açúcares e os aminoácidos, existem quase exclusivamente numa única forma. Este fenómeno, conhecido como "homoquiralidade biológica", há muito que intriga os cientistas, e o seu mecanismo subjacente continua a ser difícil de compreender. Compreender como surge a preferência por uma forma quiral em detrimento da outra é crucial para compreender a origem da própria vida.
Anteriormente, dois tipos de fenómenos de CSB, o enriquecimento preferencial e o amadurecimento de Viedma, foram observados em soluções. No entanto, a complexidade destes sistemas baseados em soluções torna difícil identificar os mecanismos exactos que conduzem à CSB. A descoberta pela equipa da Universidade de Osaka de um CSB em estado sólido fornece um modelo drasticamente simplificado para estudar este fenómeno. Descobriram que um derivado quiral de fenotiazina pode passar de uma forma cristalina aciral para uma forma quiral, mantendo a cristalinidade única. Esta transição envolve a inversão da quiralidade molecular dentro da rede cristalina sem qualquer influência externa, como solventes ou impurezas.
Este CSB de estado sólido único oferece vantagens significativas para o estudo dos princípios fundamentais que regem a seleção quiral. A simplicidade do sistema permite uma análise estrutural detalhada utilizando técnicas como a difração de raios X, permitindo aos investigadores visualizar os movimentos moleculares durante a transição. Este facto fornece informações valiosas sobre a dinâmica da CSB, revelando potencialmente os mecanismos subjacentes responsáveis pela homoquiralidade em sistemas biológicos. Além disso, a transição desencadeia uma "ativação" da luminescência circularmente polarizada (CPL), abrindo possibilidades para o desenvolvimento de novos materiais ópticos com propriedades CPL comutáveis.
Esta descoberta tem implicações profundas para a compreensão da origem da homoquiralidade e do seu papel no desenvolvimento da vida. Além disso, esta investigação poderá abrir caminho para o desenvolvimento de materiais avançados com propriedades quirais adaptadas para aplicações em produtos farmacêuticos, eletrónica e outros campos.
"É fascinante como a vida é composta por apenas um enantiómero de aminoácidos e como esta quiralidade se manifesta nos nossos corpos", afirmou o Dr. Ryusei Oketani da Universidade de Osaka, que liderou a investigação. "Este estudo representa um passo importante para a compreensão da forma como as moléculas quirais se inclinam para uma forma e como se desenvolvem as suas estruturas montadas. Embora pareça uma investigação fundamental, as moléculas quirais são componentes-chave dos produtos farmacêuticos e dos materiais da próxima geração. Este trabalho fornece uma base para a produção eficiente destas substâncias essenciais".
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