Новости химической науки > Новая модель генезиса хиральных соединений

Исследователи из Испании предполагают, что кипящее содержимое пребиотических горячих источников может пролить свет на природу хирогенеза и ответить на вопрос - почему при появлении живых систем строительными блоками оказались соединения со строго определенной оптической конфигурацией.

В живых системах аминокислоты и углеводы присутствуют лишь в одной из двух возможных оптических конфигураций. Причина такой стереоспецифичности вот уже десятилетия представляет собой загадку для ученых. Существующий порядок вещей позволяет сделать вывод, что условия на примордиальной Земле каким-то образом способствовали тому, что большее распространение получили D-углеводы и L-аминокислоты, но механизм процесса, обеспечившего этот приоритет, до сих пор не был неясен.

Кристобаль Видма (Cristóbal Viedma) отмечает, что эксперименты, проведенные в его исследовательской группе с использованием условий, которые могли соответствовать условиям, существовавшим на Земле до появления жизни. Видма и Педро Синтас (Pedro Cintas) изучали процесс кристаллизации, который мог привести к преобладанию строго определенных хиральных форм.

Ряд ахиральных соединений в твердом состоянии могут образовать хиральную фазу, как, например, это происходит с хлоратом натрия (NaClO₃), кристаллизующимся в право- или левозакрученные спирали. При кристаллизации из раствора, на которое не оказывается никакое воздействие, образуется рацемическая смесь.

Гомохиральность обеспечивается за счет кипячения раствора, содержащего рацемическую смесь энантиоморфных кристаллов за счет процесса растворения-кристаллизации, вызываемого температурным градиентом. (Рисунок из Chem. Commun., 2011, DOI: 10.1039/c1cc14857e)

Воздействие на раствор, из которого кристаллизуется вещество, например, за счет перемешивания, приводит к преобладанию одной хиральной формы над другой вплоть до образования лишь одной из хиральных форм. Кипячение сверхнасыщенного раствора сходным образом приводит к преобладанию одной из хиральных форм.

Видма продемонстрировал, что кипячение раствора, изначально содержащего рацемическую смесь кристаллов NaClO₃, также может привести к образованию единственной хиральной фазе в том случае, если в растворе имеется градиент температур. У более горячего дна реакционного сосуда происходит растворение кристаллов, в то время как в верхней части реакционного сосуда – там, где раствор прохладнее, происходит образование кристаллов. Исследователи показали, что после 24-часового повторения циклов растворение-кристаллизация образуется хиральная фаза со случайным распределением право- и левозакрученных кристаллов.

Тем не менее, если в кипящей системе, изначально содержавшей рацемическую смесь, принудительно увеличить концентрацию одной из оптически активных форм, система воспроизводится таким образом, что образуется оптически активная твердая фаза, содержащая лишь одну из форм право- или левозакрученных типов кристаллов.

По словам Нинга Шана (Ning Shan) такой метод обогащения рацемической смеси одним из хиральных компонентов может быть без проблем перестроен для применения в промышленных масштабах, что, без сомнения, окажется весьма полезным для фармацевтики – хиральная чистота лекарственного препарата представляет собой один из показателей его качества.

Видма уверен, что его работа представляет надежные доказательства значения температурного градиента в процессе гомохирогенеза и позволяет исключить из рассмотрения альтернативные типы воздействия на систему хирального обогащения (в особенности – механического перетирания кристаллов). Испанский исследователь планирует провести аналогичные эксперименты с органическими соединениями, ожидая, что практическое применение нового метода обогащения рацемической смеси одним из стереоизомеров не за горами.

Источник: Chem. Commun., 2011, DOI: 10.1039/c1cc14857e

метки статьи: #биохимия, #физическая химия, #химическая эволюция