La extraña asimetría de las moléculas quirales podría estar relacionada con el magnetismo

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Un trabajo internacional liderado por la UAM e IMDEA-Nanociencia aporta resultados experimentales que apoyan la teoría de una relación entre quiralidad molecular y magnetismo.

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UAM / Experimentos realizados en el sincrotrón MAXlab de Lund (Suecia) han revelado que las formas quirales de una misma molécula, cuando están adheridas a un substrato magnético, responden de distinto modo a la luz no polarizada. El hallazgo podría proporcionar la prueba experimental de una de las hipótesis que se han propuesto para explicar uno de los grandes enigmas a los que en la actualidad se enfrenta la ciencia: el origen de la asimetría quiral.

La quiralidad es una propiedad que tienen algunos objetos de no ser superponibles con su imagen especular

La quiralidad es una propiedad que tienen algunos objetos de no ser superponibles con su imagen especular. Las manos del cuerpo humano, por ejemplo, si bien resultan idénticas cuando se reflejan en un espejo, no pueden hacerse coincidir una sobre otra por más que se roten en el espacio. Esto demuestra que, por lo menos en nuestro universo, izquierda y derecha no son equivalentes.

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Quiralidad molecular

La existencia de moléculas quirales es conocida desde su descubrimiento por Louis Pasteur a mediados del siglo XIX. También desde hace un tiempo se conoce que los seres vivos utilizan únicamente una de las dos formas moleculares posibles, denominadas enantiómeros (aminoácidos levógiros y azúcares dextrógiros), aún cuando no se ha encontrado una explicación para ello.

El análisis de los compuestos orgánicos hallados en meteoritos caídos en la Tierra sugiere que la asimetría quiral molecular podría estar generalizada en todo el cosmos. Los experimentos realizados en el sincrotrón MAXlab de Lund arrojaron resultados que podrían ayudar a descifrar el origen de esta extraña característica.

Una capa de moléculas quirales adherida sobre una superficie metálica filtra los electrones emitidos por ésta al ser iluminada con radiación electromagnética en función de la orientación de su momento magnético de espín. La diferente respuesta de las moléculas quirales a su exposición a campos electromagnéticos podría ayudar a explicar la asimetría observada en el universo. / Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproducido con permiso.

Una capa de moléculas quirales adherida sobre una superficie metálica filtra los electrones emitidos por ésta al ser iluminada con radiación electromagnética en función de la orientación de su momento magnético de espín. La diferente respuesta de las moléculas quirales a su exposición a campos electromagnéticos podría ayudar a explicar la asimetría observada en el universo. / Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproducido con permiso.

Los resultados fueron publicados en la revista Advanced Materials por investigadores del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y del IMDEA-Nanociencia, en colaboración con científicos de la universidad de Uppsala (Suecia) y la Academia Nacional de Ciencias de Polonia.

Sus experimentos pusieron de manifiesto que, tras irradiar con luz ultravioleta una superficie metálica recubierta de moléculas quirales puramente orgánicas, los electrones emergen con una polarización neta en su espín (una propiedad cuántica que se asemeja a la rotación de la partícula sobre sí misma) diferente para cada enantiómero.

“Esta podría ser la prueba de la posible destrucción preferente de un tipo de enantiómero a causa de su irradiación con los campos electromagnéticos existentes en el espacio”, afirma Juan José de Miguel, investigador de la UAM y coautor del trabajo.

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Un nuevo giro a un viejo problema

Una de las cuestiones que se plantearon ya desde el descubrimiento de la quiralidad molecular es la de la posible existencia de alguna relación con el magnetismo. Esta hipótesis se basa en el hecho de que la presencia de campos eléctricos y magnéticos en una región del espacio introduce también una asimetría en el movimiento de las partículas con carga eléctrica.

Aún cuando esta relación fue descartada inicialmente por Lord Kelvin a finales del siglo XIX, varios resultados experimentales recientes indican que, pese a todo, es posible que haya circunstancias en las que ambos fenómenos, magnetismo y quiralidad molecular, se encuentren interrelacionados.

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Aplicación farmacológica

Desde el punto de vista médico y farmacológico, el empleo del enantiómero inadecuado puede producir efectos dramáticos, como lo demostró el caso de la talidomida, un fármaco que fue comercializado entre los años 1958 y 1963 como calmante de las náuseas durante el embarazo y que fue el responsable de muchas anomalías congénitas. Según los autores del estudio, conocer mejor el comportamiento de las moléculas quirales permitiría diseñar procedimientos más eficaces para la fabricación de enantiómeros destinados a la salud y la medicina.

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Referencia bibliográfica:
Niño, M. Á., Kowalik, I. A., Luque, F. J., Arvanitis, D., Miranda, R. and de Miguel, J. J. (2014), Enantiospecific Spin Polarization of Electrons Photoemitted Through Layers of Homochiral Organic Molecules. Adv. Mater., 26: 7474–7479. doi: 10.1002/adma.201402810