Imágenes de explosión de Coulomb como herramienta para distinguir entre los estereoisómeros

Quiralidad es una característica de nuestra naturaleza que ha sido fascinante investigadores de más de 150 años. En el 19 de^mayo siglo, Pasteur, van ‘ t Hoff y otros descubrieron que las moléculas pueden ocurrir en dos estructuras de la imagen del espejo que no son imponibles en super – como izquierda y manos derechas. Esta propiedad se denomina quiral, de la palabra griega para ‘mano’.

Hasta ahora, se ha encontrado ninguna diferencia en propiedades termodinámicas o niveles de energía de las formas de mano izquierda y derecha (los dos “enantiómeros”). Para analizar el uso de las manos de una determinada muestra y para separar los enantiómeros, interacción con otras moléculas quirales puede utilizarse, como por ejemplo se hace en diversos enfoques cromatográficas. ¹ métodos de Chiroptical como dicroísmo circular (vibracional), CD (V) y la dispersión rotativa óptica, ORD, habitualmente se emplean para distinguir entre enantiómeros. ²

En cuanto a la determinación de la estructura microscópica, estas técnicas requieren información adicional, por ejemplo de los cálculos del quántum-producto químico. La única técnica que es ampliamente aceptada para determinar directamente la configuración absoluta es anómala difracción de rayos x. ³

Recientemente se ha demostrado que se puede determinar la configuración absoluta de especies quirales simple por proyección de imagen de explosión de Coulomb. ^{4 , 5} en este enfoque, las moléculas en la fase gaseosa se multiplican ionizado para que los restantes núcleos fuertemente repelen uno al otro. Esta repulsión lleva a la fragmentación rápida (‘explosión’) de las moléculas. La dirección y la magnitud de la correlación de ímpetus de fragmento a la estructura de la molécula-para moléculas pequeñas, las indicaciones de impulso corresponden asombrosamente a los ejes de enlace. Explosión de Coulomb para la determinación de la estructura molecular pionera utilizando haces de iones moleculares de un acelerador. ⁶ esta técnica de papel Haz recientemente ha sido aplicado para el reconocimiento quiral. ⁷

Contrariamente a la difracción anómala de rayos x, la muestra no debe ser cristalina pero en la fase de gas. Esto hace que el enfoque de la explosión de Coulomb ideal para especies volátiles y por lo tanto complementario de difracción de rayos x. En ciertos casos, incluso puede determinar el uso de las manos para las moléculas individuales.

En la práctica, la reconstrucción exacta de la estructura molecular se ha demostrado difícil incluso para los derivados del metano, por ejemplo, moléculas con un carbono central y diversos sustitutos. Esto se atribuye al hecho de que la interacción entre los fragmentos no es exactamente Coulombic y que no todos los bonos rompen al mismo tiempo. Para obtener información de stereochemical, especialmente para diferenciar los enantiómeros, esta reconstrucción no es afortunadamente necesaria. En cambio, los vectores del impulso de diferentes fragmentos pueden correlacionarse para producir una cantidad que es distinta para las moléculas de mano izquierda y derecha. Para obtener resultados confiables, por lo menos cuatro ímpetus de fragmento tienen a grabar.

Para medir esta información de impulso, los fragmentos de una – y sólo una – molecular ruptura tengan que ser detectados en el paso de una sola medición. Esta condición se conoce generalmente como ‘detección coincidente’. Además, las direcciones de emisión debe ser analizado, que asciende en la práctica para registrar el tiempo y la posición del fragmento de impacto en un formato de datos de modo de lista.

En física atómica y molecular, se han desarrollado técnicas que aplicar este enfoque de medición empleando electrostáticas espectrómetros de masa separación y tiempo-posición-sensibles y detectores multi-hit. El ejemplo más prominente es la configuración COLTRIMS (frío destino retroceso Ion ímpetu espectroscopia) – también conocido como microscopio de la reacción. ^{8 , 9} un croquis para este tipo de experimento se dan en la figura 1. Contrario a una norma COLTRIMS que puede grabar electrones así, imágenes de explosión de Coulomb requiere sólo el detector de iones.

Detector y espectrómetro se montan en ultra alto vacío (< 1 x 10^-9 hPa) para evitar la creación de iones del gas residual. Las moléculas individuales de la muestra se proporcionan a través de un jet molecular libre gaseoso creado por expansión supersónica: en virtud de la presión de vapor, las moléculas de expansión a través de una boquilla pequeña (alrededor de 50 μm de diámetro) en el vacío. Esta parte del experimento, la cámara de origen, se separa de la región de interacción por etapas diferencialmente bombeadas y generalmente dos skimmers. Un adicional bombeada diferencialmente sección está situado detrás de la región de interacción para el jet del gas de la descarga y así evitar gas de fondo en la región de interacción.

La radiación ionizante se intersecta con el jet molecular menores de 90°. Mayoría de los laboratorios hoy en día utiliza pulsos de láser de femtosegundo, aunque la radiación sincrotrón, iones rápidos o impacto del electrón son posibles ‘proyectiles’ para inducir la explosión de Coulomb.

El siguiente protocolo hace la asunción que una configuración de ejecución para imágenes coincidentes de iones y un láser de femtosegundo son disponibles en el laboratorio. La intensidad de pico es necesaria para inducir la explosión de Coulomb en cuatro o incluso cinco fragmentos debe ser del orden de 6 x 10¹⁴ W/cm². Para evitar medidas excesivamente largas, la tasa de repetición del láser debe ser 10 kHz o más. Esto es crucial porque, por un lado, detección coincidente puede sólo determinar si la probabilidad de fragmentación en el foco del láser está significativamente por debajo de 1 por cada pulso de láser (idealmente no más de 10%). La tasa de fragmentación total, por el contrario, no debe ser inferior a unos pocos kHz porque el porcentaje de las vías multifragmentation es generalmente menos de 10^-4. Hecho tan alentadora, cabe mencionar que en principio ya es suficiente para identificar la configuración de una muestra de carbonil un evento de fragmentación solo, y que la detección de unos pocos cientos permite determinar la abundancia de los enantiómeros en un muestra de la composición enantiomérica desconocida.