Оптическая конфигурация молекулы, находящейся в газовой фазе и удерживающейся с помощью электронного поля может быть определена с помощью микроволновой спектроскопии. Дальнейшая модификация методики и ее превращение из аналитической в препаративную в перспективе позволит разработать новый метод выделения целевого энатиомера из рацемической смеси.

Хиральность или оптическая конфигурация является ключевым фактором для решения многих химических, фармацевтических и биохимических задач – «неправильный» оптический изомер лекарственного вещество может оказать на организм совершенно неожиданный и очень часто – неблагоприятный эффект.

Таким образом, в лабораторной практике необходим метод, позволяющий произвести быстрое и однозначное определение оптической конфигурации молекулы – обнаружение того, какой из энантиомеров присутствует в смеси.

Для решения этой задачи можно использовать методы, основанные на эффекте Коттона (циркулярном дихроизме), однако для таких методов необходимо использовать жидкие образцы с высокой концентрацией интересующего исследователей оптического изомера, что не всегда возможно для биологических экстрактов.

Рис. 1. Лево- и правовращающие изомеры имеют
одинаковый по модулю дипольный момент, который,
однако, для разных изомеров различается знаком.
(Рисунок из Nature, 2013, 497, 475).

Группа исследователей под руководством Дэвида Паттерсона (David Patterson) и Джона Дойла(John Doyle), объединившая ученых из США и Германии, решила найти способ определения хиральности молекул в образце с помощью нелинейной резонансной фазочувствительной микроволновой спектроскопии (nonlinear resonant phase-sensitive microwave spectroscopy).

Микроволновая спектроскопия основывается на способности микроволн вызывать вращение полярной молекулы. С помощью такой спектроскопии можно с высокой точностью определить значения длин связи и валентных углов.

Исследователям удалось продемонстрировать принципиальную возможность применения микроволновой спектроскопии для определения оптической конфигурации газофазных образцов S- и R-1,2-пропандиола, а также их рацемической смеси.

Исследователи охлаждали образцы до 7 Кельвинов для минимизации числа возможных вращательных состояний и поместили образцы в электрическое поле, которое взаимодействует с дипольным моментом образца, а для оптических изомеров дипольные моменты различаются знаком. Это различие фиксируется по фазе испускаемого микроволнового излучения.

Исследователи подчеркивают, что

циркулярный дихроизм может использоваться для определения хиральности только относительно простых систем, а использование микроволнового излучения, с другой стороны, может точно определить оптическую конфигурацию строго определенной молекулы, даже если в образце присутствует большое количество других хиральных молекул.

Новый подход может не оправдать себя только в том случае, если две молекулы в смеси будут проявлять сигнал в одном и том же диапазоне микроволн, однако вероятность совпадения крайне низка. Исследователи предполагают, что новая методика может оказаться полезной для большого количества полярных соединений.