DTU Chemistry - Breakthrough i Physical Chemistry

Gennembrud i fysisk kemi

mandag 12 jun 17
|
af Jan Wium

Kontakt

Niels Engholm Henriksen
Lektor
DTU Kemi
45 25 20 29

Kontakt

Esben Folger Thomas
Ph.d.-studerende
DTU Kemi
45 25 20 29
Forskere fra DTU Kemi har fundet en ny metode til at transformere enantiomerer i en racemisk blanding, så alle enantiomerer ender med at blive af den ønskede slags

Ph.d.-studerende Esben F. Thomas bruger en sammenligning for at forklare opdagelsen: “Tænk på et bord med en bunke mønter på, nogen med den ene side op, andre med den anden side op. Vores opdagelse svarer til at finde en måde at ryste bordet på, hvor resultatet ville blive, at alle mønter endte med den samme side opad”.

Esben F. Thomas og vejleder lektor Niels E. Henriksens resultater er netop publiceret i det højt profilerede tidsskrift ”The Journal of Physical Chemistry Letters”, og bedømmerne er imponerede: ”Manuskriptet har højt potentiale til at blive en milepæls-publikation inden for dettte krævende felt af fysiske kemi.”

Farvel til ulemper og tragedier
At have uønskede enantiomerer i en racemisk blanding kan føre til alle mulige slags ulemper – og endda til fatale tragedier. Tænk bare på Thalidomid Skandalen.

Det er velkendt at to molekyler, som består af præcis de samme atomer, kan udvise helt forskellig kemisk adfærd – selv hvis molekylerne alene adskiller sig på den raffinerede måde, at de er hinandens spejlbillede.

Hver form af den slags molekyler kaldes en enantiomer, og en blanding af lige mængder enantiomerer benævnes en racemisk blanding.


Fuldstændig forvandling

Videoen herover viser de to enantiomerer (det vil sige den racemiske blanding) af en bi-phenyl forbindelse, som interagerer med det tids-afhængige elektriske felt i form af en skræddersyet laser-puls.

Det som Esben F. Thomas og Niels E. Henriksen har demonstreret teoretisk er, at det er muligt at konstruere en laser-puls, som fører til en øget svingnings-amplitude på torsions-svingningerne og til sidst en overførsel på tværs af den potentielle energi-barriere, der adskiller de to enantiomeriske former.

Denne overførsel kan begrænses, så den kun forekommer for én type enantiomer, hvilket fører til fuldstændig forvandling til en ønsket enantiomer i løbet af blot 20 picosekunder.

Bygger bro
I et forsøg på at bygge bro mellem teori og eksperiment, er de optimerede laser-pulser konstrueret på en måde, der benytter de samme kontrol-knapper, som der er adgang til i laboratorie-forsøg. 

Det optimerede laser-felt blev fundet ved at bruge en såkaldt genetisk algoritme, hvor den tids-afhængige Shrödinger ligning blev løst mange gange i et gentaget loop.

Derfor var der behov for mange hundrede timers computer-beregninger. I det undersøgte system kobler feltet til molekylet ved hjælp af den såkaldte (ikke-resonante) dynamiske Stark effekt.

Med andre ord arbejder Esben F. Thomas og Niels E. Henriksen på at bygge bro mellem de forskere, som beskæftiger sig med computer-simulationer og dem, som udfører eksperimenter i et laboratorie.

“Vi har produceret et simuleret bevis ved hjælp af en computer. Vores langsigtede mål er at se beviset i et eksperiment i et laboratorie. Vi har faktisk allerede kontakt med forskere fra Aarhus Universitet”, siger Niels E. Henriksen.

Læs artiklen “Phase-Modulated Nonresonant Laser Pulses Can Selectively Convert Enantiomers in a Racemic Mixture” i “The Journal of Physical Chemistry Letters”