Вьедма созревание

Созревание Вьедмы или дерацемизация, усиленная истиранием, представляет собой явление нарушения хиральной симметрии , наблюдаемое в смесях твердых и жидких энантиоморфных ( рацемических конгломератов ) кристаллов, которые подвергаются измельчению . Его можно отнести к более широкой области явлений спонтанного нарушения симметрии, наблюдаемых в химии и физике.

Он был обнаружен в 2005 году геологом Кристобалем Вьедмой, который использовал стеклянные шарики и магнитную мешалку, чтобы обеспечить разрушение частиц рацемической смеси кристаллов энантиоморфного хлората натрия при контакте с их насыщенным раствором в воде. ^{[ 1 ]} Было получено сигмоидальное гомохиральности ( автокаталитическое ) увеличение твердофазного энантиомерного избытка смеси, что в конечном итоге привело к , то есть полному исчезновению одного из хиральных видов. С момента первоначального открытия созревание Вьедмы наблюдалось в различных по своей сути хиральных органических соединениях , которые демонстрируют конгломератную кристаллизацию и способны взаимопревращаться в жидкости посредством реакций рацемизации . ^{[ 2 ]} Он также рассматривается как потенциально новый метод разделения энантиомеров хиральных молекул в фармацевтической и тонкой химической промышленности ( хиральное разрешение ).

Механизм

Точное взаимодействие механизмов, приводящих к дерацемизации при созревании Вьедмы, является предметом постоянных научных дискуссий. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Однако в настоящее время считается, что для хиральных молекул дерацемизация происходит посредством комбинации различных явлений:

кристаллов Рост и растворение от размера частиц из-за зависимости растворимости (т.е. оствальдовское созревание )
Энантиоспецифическая кластерная агрегация с образованием более крупных частиц одинаковой хиральности.
Разрушение частиц ^{[ 5 ]}
Рацемизация

Для объяснения механизма часто используются два ключевых предположения: а) небольшие фрагменты, образующиеся в результате разрушения каждой популяции энантиомерных кристаллов, могут сохранять свою хиральность, даже если они меньше радиуса зародышеобразования критического (и, следовательно, ожидается, что они растворятся) и б ) небольшие хиральные фрагменты могут подвергаться энантиоспецифической агрегации с более крупными частицами той же хиральности. Используя эти два предположения, можно математически показать: ^{[ 6 ]} что любая стохастическая, даже неизмеримая асимметрия одной популяции энантиомерных кристаллов по сравнению с другой может быть усилена до гомохиральности случайным образом.

Последствия для происхождения жизни

В принципе, все молекулы, необходимые для зарождения жизни, то есть аминокислоты , которые объединяются с образованием белков и сахаров , образующих молекулы ДНК, являются хиральными и, таким образом, способны принимать две зеркальные формы (часто описываемые как левосторонняя и правосторонняя). , которые с химической точки зрения одинаково вероятны. Однако все биологически значимые молекулы, известные на Земле, имеют одностороннее происхождение, хотя их зеркальные отражения также способны образовывать подобные молекулы. Причина преобладания гомохиральности в живых организмах в настоящее время неизвестна и часто связана с возникновением самой жизни . Возникла ли гомохиральность до или после жизни, в настоящее время неизвестно, но многие исследователи полагают, что гомохиральность могла быть результатом усиления чрезвычайно малых киральных асимметрий.

Поскольку созревание Viedma наблюдалось в биологически значимых молекулах, таких как хиральные аминокислоты. ^{[ 7 ]} Некоторые выдвигают это как возможный механизм, способствующий хиральной амплификации в пребиотическом мире. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

См. также

Ссылки

^ Вьедма, Кристобаль (17 февраля 2005 г.). «Нарушение киральной симметрии во время кристаллизации: полная хиральная чистота, индуцированная нелинейным автокатализом и переработкой». Письма о физических отзывах . 94 (6): 065504. arXiv : cond-mat/0407479 . Бибкод : 2005PhRvL..94f5504V . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.065504 . ПМИД 15783745 . S2CID 118964653 .
^ Сёгютоглу, Лейла-Канн; Стендам, Рене Р.Э.; Микс, Хьюго; Флиг, Элиас; Рутьес, Флорис ПЙТ (21 сентября 2015 г.). «Созревание Вьедмы: надежный метод кристаллизации для достижения одинарной хиральности» . Обзоры химического общества . 44 (19): 6723–6732. дои : 10.1039/C5CS00196J . hdl : 2066/149815 . ПМИД 26165858 .
^ Ноордуин, Вим Л.; ван Энкеворт, Виллем Дж. П.; Микс, Хьюго; Каптейн, Бернард; Келлог, Ричард М.; Талли, Джон К.; Макбрайд, Дж. Майкл; Влиг, Элиас (2010). «Движущий механизм дерацемизации, усиленной истощением» (PDF) . Angewandte Chemie, международное издание . 49 (45): 8435–8438. дои : 10.1002/anie.201002036 . ПМИД 20859973 . S2CID 5596199 .
^ Уваха, Макио; Кацуно, Хироясу (10 февраля 2009 г.). «Механизм преобразования хиральности путем измельчения кристаллов: оствальдовское созревание против кристаллизации хиральных кластеров». Журнал Физического общества Японии . 78 (2): 023601. Бибкод : 2009JPSJ...78b3601U . дои : 10.1143/JPSJ.78.023601 .
^ Ксиурас, Христос; Фитопулос, Антониос А.; Тер Хорст, Йоп Х.; Будувис, Андреас Г.; Ван Гервен, Том; Стефанидис, Георгиос Д. (2 мая 2018 г.). «Кинетика и механизмы разрушения частиц при дерацемизации, усиленной истиранием» (PDF) . Рост и дизайн кристаллов . 18 (5): 3051–3061. дои : 10.1021/acs.cgd.8b00201 .
^ Игланд, Мартин; Маццотти, Марко (5 октября 2011 г.). «Модель популяционного баланса для хирального разрешения посредством созревания Вьедмы». Рост и дизайн кристаллов . 11 (10): 4611–4622. дои : 10.1021/cg2008599 .
^ Видма, Кристофер; Ортис, Хосе Э.; Тауэрс, Тринидад; Изуми, Тошико; Блэкмонд, Донна Г. (19 ноября 2008 г.). «Эволюция твердофазной гомохиральности протеиногенной аминокислоты» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 130 (46): 15274–15275. дои : 10.1021/ja8074506 . ПМИД 18954052 .
^ Рибо, Хосеп М.; Хохберг, Дэвид; Крусатс, Хоаким; Эль-Хашеми, Зубир; Мояно, Альберт (31 декабря 2017 г.). «Спонтанное нарушение зеркальной симметрии и возникновение биологической гомохиральности» . Журнал интерфейса Королевского общества . 14 (137): 20170699. doi : 10.1098/rsif.2017.0699 . ПМЦ 5746574 . ПМИД 29237824 .
^ Макбрайд, Дж. Майкл; Талли, Джон К. (март 2008 г.). «Жизнь началась?» . Природа . 452 (7184): 161–162. дои : 10.1038/452161a . ПМИД 18337809 . S2CID 205036438 .
^ Блэкмонд, Донна Г. (2010). «Происхождение биологической гомохиральности» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 (5): а002147. doi : 10.1101/cshperspect.a002147 . ПМЦ 2857173 . ПМИД 20452962 .

[1] Вьедма, Кристобаль (17 февраля 2005 г.). «Нарушение киральной симметрии во время кристаллизации: полная хиральная чистота, индуцированная нелинейным автокатализом и переработкой». Письма о физических отзывах . 94 (6): 065504. arXiv : cond-mat/0407479 . Бибкод : 2005PhRvL..94f5504V . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.065504 . ПМИД 15783745 . S2CID 118964653 .

[2] Сёгютоглу, Лейла-Канн; Стендам, Рене Р.Э.; Микс, Хьюго; Флиг, Элиас; Рутьес, Флорис ПЙТ (21 сентября 2015 г.). «Созревание Вьедмы: надежный метод кристаллизации для достижения одинарной хиральности» . Обзоры химического общества . 44 (19): 6723–6732. дои : 10.1039/C5CS00196J . hdl : 2066/149815 . ПМИД 26165858 .

[3] Ноордуин, Вим Л.; ван Энкеворт, Виллем Дж. П.; Микс, Хьюго; Каптейн, Бернард; Келлог, Ричард М.; Талли, Джон К.; Макбрайд, Дж. Майкл; Влиг, Элиас (2010). «Движущий механизм дерацемизации, усиленной истощением» (PDF) . Angewandte Chemie, международное издание . 49 (45): 8435–8438. дои : 10.1002/anie.201002036 . ПМИД 20859973 . S2CID 5596199 .

[4] Уваха, Макио; Кацуно, Хироясу (10 февраля 2009 г.). «Механизм преобразования хиральности путем измельчения кристаллов: оствальдовское созревание против кристаллизации хиральных кластеров». Журнал Физического общества Японии . 78 (2): 023601. Бибкод : 2009JPSJ...78b3601U . дои : 10.1143/JPSJ.78.023601 .

[5] Ксиурас, Христос; Фитопулос, Антониос А.; Тер Хорст, Йоп Х.; Будувис, Андреас Г.; Ван Гервен, Том; Стефанидис, Георгиос Д. (2 мая 2018 г.). «Кинетика и механизмы разрушения частиц при дерацемизации, усиленной истиранием» (PDF) . Рост и дизайн кристаллов . 18 (5): 3051–3061. дои : 10.1021/acs.cgd.8b00201 .

[6] Игланд, Мартин; Маццотти, Марко (5 октября 2011 г.). «Модель популяционного баланса для хирального разрешения посредством созревания Вьедмы». Рост и дизайн кристаллов . 11 (10): 4611–4622. дои : 10.1021/cg2008599 .

[7] Видма, Кристофер; Ортис, Хосе Э.; Тауэрс, Тринидад; Изуми, Тошико; Блэкмонд, Донна Г. (19 ноября 2008 г.). «Эволюция твердофазной гомохиральности протеиногенной аминокислоты» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 130 (46): 15274–15275. дои : 10.1021/ja8074506 . ПМИД 18954052 .

[8] Рибо, Хосеп М.; Хохберг, Дэвид; Крусатс, Хоаким; Эль-Хашеми, Зубир; Мояно, Альберт (31 декабря 2017 г.). «Спонтанное нарушение зеркальной симметрии и возникновение биологической гомохиральности» . Журнал интерфейса Королевского общества . 14 (137): 20170699. doi : 10.1098/rsif.2017.0699 . ПМЦ 5746574 . ПМИД 29237824 .

[9] Макбрайд, Дж. Майкл; Талли, Джон К. (март 2008 г.). «Жизнь началась?» . Природа . 452 (7184): 161–162. дои : 10.1038/452161a . ПМИД 18337809 . S2CID 205036438 .

[10] Блэкмонд, Донна Г. (2010). «Происхождение биологической гомохиральности» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 (5): а002147. doi : 10.1101/cshperspect.a002147 . ПМЦ 2857173 . ПМИД 20452962 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]