Ein kombiniertes Forscherteam des Weizmann Institute und des Israel Institute of Technology, beide in Israel, hat einen Weg entwickelt, um ein chirales Polymer aus achiralen Monomeren herzustellen, indem ein Magnetfeld verwendet wird, um den Spin der beteiligten Elektronen auszurichten Bindungsbildung. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Wissenschaftliche Fortschrittebeschreibt die Gruppe ihre Technik und mögliche Anwendungen dafür in der Spintronik.
Die Herstellung von Molekülen mit spiegelbildlichen Eigenschaften ist in vielen chemischen Prozessen wichtig – Pharmazeutika sind vielleicht eine der bekanntesten. Solche Moleküle haben Chiralität, was bedeutet, dass sie Spiegel anderer Moleküle sind, die eine starke Bindung ermöglichen. Eine Analogie wären zwei gegeneinander gedrückte Hände. Die Herstellung solcher Moleküle ist in der Regel ein langer und schwieriger Prozess. In diesem neuen Versuch haben die Forscher einen Weg entwickelt, um den Prozess in einer Art von Anwendung zu vereinfachen, indem sie Monomere verwenden, um ein einzelnes chirales Polymer zu erzeugen.
Die Arbeit des Teams bestand darin, ein Monomermolekül auf einer Elektrode zu platzieren und die Richtung des Stromflusses darunter zu ändern, um das Magnetfeld auf der Elektrodenoberfläche zu steuern, wenn zusätzliche Monomere hinzugefügt wurden. Auf diese Weise konnten spinpolarisierte Elektronen kontrolliert werden, wenn sie in den Körper des Moleküls absorbiert wurden, und dies ermöglichte die Manipulation der Form des Polymers, während es wuchs. Das Ergebnis war ein chirales Polymer mit einer gewünschten Form.
Die Forscher stellen fest, dass sie die „Händigkeit“ jedes neuen Stereozentrums während des gesamten Prozesses beibehalten konnten, obwohl sie anerkennen, dass diese Kontrolle mit zunehmender Länge der Polymerketten schwächer wurde (was sie weiter von der Elektrode entfernte). Trotzdem stellten sie fest, dass sie die Aktion in Entfernungen von bis zu 100 nm kontrollieren konnten.
Die Verwendung der neuen Technik, stellen die Forscher fest, könnte die Herstellung von chiralen Polymeren ermöglichen, ohne dass chirale Katalysatoren oder sogar chirale Reagenzien benötigt werden, die normalerweise nach Abschluss der Reaktionen verworfen werden, was eine Reduzierung von Abfall und Kosten darstellt. Sie schlagen vor, dass dies auch dazu beitragen könnte, zu erklären, warum Moleküle in Lebewesen fast alle einzelne Enantiomere sind.
Deb Kumar Bhowmick et al, Spin-induzierte Asymmetriereaktion – Die Bildung von asymmetrischem Kohlenstoff durch Elektropolymerisation, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq2727
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