Новости химической науки > Хиральные молекулы получаются без хиральных добавок

Исследователям впервые удалось в лабораторных условиях получить молекулы, подобные аминокислотам и отличающиеся одинаковой хиральностью. Группа ученых, осуществивших эксперимент, руководителем которого является Рене Штеендам (René Steendam) из Университета Радбуд, полагают, что результаты работы могут приблизить нас к пониманию механизмов появления жизни на Земле.

Многие молекулы могут существовать в виде пары хиральных (от греч. хирос – рука) изомеров – молекул, являющихся отражениями друг друга подобно тому, как правая рука является отражением левой руки. При создании и поддержании жизни природа использовала только один из зеркальных изомеров – известно, что все протеиногенные аминокислоты (кроме глицина) отличаются L-конфигурацией, углеводы, как принимающие участие в энергетическом обмене, так и в структуре нуклеиновых кислот, отличаются D-конфигурацией. Причина того, что в биохимических процессах задействованы только определенные типы зеркальных изомеров, до сих пор остается загадкой для исследователей – в отсутствие специально введенных в систему хиральных компонентов образуется рацемическая смесь – смесь, состоящая из равных количеств зеркальных изомеров.

Исходными веществами для эксперимента являются ахиральные реагент, которые взаимодействуют с образованием как лево- (S, синий), так и правозакрученых (R, красный) продуктов. После кристаллизации процесс, названный «ведьминское сквашивание». (Рисунок из Nature Communications, DOI: 10.1038/NCOMMS6543)

Химикам из Голландии удалось получить энантиомерно чистые (содержащие только один тип зеркальных изомеров) продукты взаимодействия кетона и амина. Метод, использованный Штеендамом и его коллегами, может воспроизводить химические процессы, протекавшие в примордиальном мировом океане на заре химической эволюции. Возможность появления хиральных соединений именно в ходе первичных этапов химической эволюции была предложена еще в 1953 году физиком Франком (F.C. Frank). Он обозначил такой сценарий получения строго определенных оптических изомеров как «самопроизвольный асимметрический синтез».

В 1995 году Кенсо Соаи (Kenso Soai) впервые экспериментально воспроизвел теоретические выкладки Франка, однако это воспроизведение было лишь паллиативным – хиральные продукты образовывались только при наличии хиральной затравки в реакционной смеси. Химики из Университета Радбуда пошли дальше – они модифицировали концепцию Франка и смогли провести самопроизвольный асимметрический синтез в отсутствие хирального компонента в реакционной смеси. Как подчеркивает Штеендам, именно по такому механизму могли образоваться первые L-аминокислоты, причем такой путь их образования мог быть реализован как на Земле, так и где-то вдалеке от нее – в бескрайних уголках Вселенной.

Как отмечает профессор Флорис Рутьес (Floris Rutjes), исследователям из Ратбуда удалось добиться того, чего пока еще никому не удавалось осуществить – провести реакцию между оптически неактивными веществами в отсутствие оптически активных добавок и выделить в результате либо только L-оптический изомер, либо только его оптический антипод. Он добавляет, что такие фантастически успешные результаты работы могут объясняться тем, что химики-экспериментаторы смогли использовать знания, как об особенностях протекания органических реакций, так и знание особенностей образования кристаллов.

Для получения хирально чистого соединения химики из Университета Радбуд использовали ранее разработанную ими методику, получившую название «ведьминское сквашивание» (Viedma ripening), которая заключается в многократно повторяющихся процессах растворения и кристаллизации целевых продуктов – в лаборатории это процесс приходилось ускорять, однако, Штеендам уверен, что такой же процесс, протекавший медленно, но верно, мог протекать самопроизвольно в течение долгого времени течения химической эволюции.

Источник: Nature Communications, DOI: 10.1038/NCOMMS6543

метки статьи: #биохимия, #кристаллохимия, #органическая химия, #химическая эволюция