Certaines molécules peuvent exister sous deux formes d'image miroir, semblable à nos mains. Bien que ces soi-disant énantiomères aient des propriétés physiques presque identiques, Ils ne sont pas les mêmes. Le fait qu'ils se comportent l'un envers l'autre comme une image et une image miroir est appelé chiralité (du grec "cheiro" pour main). Dans la nature, cependant, souvent un seul énantiomère existe, par exemple en acides aminés, ADN ou sucres. Les enzymes qui produisent ces molécules sont elles-mêmes chirales et ne produisent donc qu'un seul type d'énantiomère.

Cette préférence de la nature a des conséquences de grande envergure. Par exemple, les énantiomères des médicaments peuvent avoir des modes d'action complètement différents, comme étant toxique ou complètement inefficace. L'industrie alimentaire et cosmétique s'intéresse également à la chiralité car les parfums et les saveurs peuvent être perçus différemment selon l'énantiomère. Les chimistes essaient donc souvent de produire un seul énantiomère ou, si ce n'est pas possible, séparer des mélanges d'énantiomères.

Pour distinguer les énantiomères les uns des autres, les chimistes utilisent la lumière polarisée parce que les énantiomères tournent dans le plan de la lumière polarisée dans des directions opposées. La rupture ou la formation de liaisons chimiques s'effectue sur une échelle de temps très courte, à savoir en quelques femtosecondes (quadrillionièmes de seconde). Avec les mesures existantes, il n'a pas été possible de surveiller la chiralité dans des périodes de temps aussi courtes et ainsi de suivre un processus chimique.

Comprendre les réactions des molécules chirales

Des chercheurs dirigés par Hans Jakob Wörner, Professeur au Département de Chimie et Biosciences Appliquées, ont maintenant développé une nouvelle méthode pour observer les changements de chiralité directement au cours d'une réaction chimique en temps réel. Les chercheurs ont généré des impulsions laser femtosecondes, avec du sur-mesure, polarisations variant dans le temps, qui sont eux-mêmes chiraux. Cette nouvelle approche leur a permis pour la première fois d'atteindre simultanément la sensibilité nécessaire à la chiralité et à la résolution temporelle.

Dans leur expérience, que les scientifiques ont rapporté dans la revue scientifique PNAS , ils ont excité la molécule chirale gazeuse (R)-2-iodobutane avec deux impulsions laser ultraviolettes ultra-courtes. L'excitation a provoqué la rupture de la liaison entre le carbone et l'iode. Dans ce processus, le radical 2-butyle est initialement formé sous une conformation chirale, qui perd rapidement sa chiralité. Avec l'aide des impulsions laser polarisées nouvellement développées, ils ont ensuite pu suivre en direct la disparition de la chiralité après la rupture de la liaison due au clivage de l'atome d'iode.

Cette nouvelle méthode peut également être appliquée à la phase liquide ou solide pour observer les changements extrêmement rapides de la chiralité moléculaire, comme disent les scientifiques. La possibilité de rendre directement accessibles les processus photochimiques chiraux sur des échelles de temps aussi courtes permet désormais de mieux comprendre les réactions des molécules chirales. Cela pourrait faciliter le développement de méthodes nouvelles ou améliorées pour la production de composés énantiomériquement purs.