Stereoisomers 사이 구별 하는 도구로 쿨롱 폭발 영상

Summary

작은 키 랄 종에 대 한 쿨롱 폭발 이미징 개별 분자의 handedness를 결정 하는 새로운 접근을 제공 합니다.

Abstract

이 기사에서는 COLTRIMS (찬 대상 반동 이온 추진력 분광학) 또는 “반응 현미경” 기술을 사용 하는 방법을 개별 분자의 수준에서 간단한 카이 랄의 상체 (stereoisomers) 사이 구별 하. 이 방법에서는, 샘플의 기체 분자 제트 진공 챔버로 확장 하 고 펨 (fs) 레이저 펄스와 교차. 펄스의 강도 높은 여러 이온화, 여러 양이온 (긍정적으로 위탁된) 파편을 생성 하는 소위 쿨롱 폭발 점화를 빨리 이끌어 낸다. 정전기 필드 가이드 시간 및 위치에 민감한 검출기에 이러한 양이온. 시간의 비행 질량 분석기와 마찬가지로, 각 이온의 도착 시간 그것의 질량에 대 한 정보를 생성합니다. 흑자로 정전기 필드는 방출 방향과 조각화 후 운동 에너지 이어질 유사 비행 시간 및 영향 위치 검출기에 방식으로 조정 됩니다.

각 이온 충격 감지기;에 전자 신호를 생성 이 신호는 높은 주파수 전자 처리 하 고는 컴퓨터에서 이벤트에 의해 이벤트를 기록. 등록 된 데이터는 영향 시간과 위치에 해당합니다. 이러한 데이터는 에너지와 각 조각의 방출 방향을 계산할 수 있습니다. 이러한 값은 조사, 즉 채권 길이 결정 분자에 의해 분자 다른 이성질체 기능과 간단한 카이 랄 종의 handedness를 수 있도록 원자의 상대적 위치를 분자의 구조적 속성 관련이 있습니다.

Introduction

카이랄성은 150 년 이상에 대 한 매혹적인 연구 된 우리의 본성의 기능입니다. 19^{토 륨} 세기, 파스퇴르, van’t Hoff 등 분자 슈퍼-imposable-우리의 왼쪽 손과 오른쪽 처럼 되지 않은 두 개의 미러 이미지 구조에서 발생할 수 있습니다 발견. 이 속성 ‘랄’, ‘손’에 대 한 그리스어 단어에서 불리 했다.

지금까지, 열역학 속성 또는 왼쪽 및 오른 형태 (는 두 ‘ 상체’)의 에너지 레벨 차이가 발견 되었습니다. 주어진된 샘플의 handedness를 분석 하 고는 상체 분리, 다른 카이 랄 분자와 상호 작용 사용할 수 있습니다, 예를 들어 다양 한 chromatographical 방식에서 이루어집니다. ¹ (진동) 원형이 색 성, (V) CD 등 광 회전 분산, 오드, Chiroptical 방법 정기적으로 상체를 구분 하기 위해 고용 됩니다. ²

그것은 미세한 구조의 결정에 관해서 라면, 이러한 기술 예: 양자 화학 계산에서에서 추가 정보가 필요. 직접 절대 구성 결정에 널리 허용 되는 유일한 기술이 이다 변칙 엑스레이 회절. ³

그것은 최근에 보였다 간단한 카이 랄의 절대적인 구성 쿨롱 폭발 영상에 의해 결정 될 수 있다. ^{4 , 5} 이 방법에서는, 기체에서 분자는 곱하면 이온 수 있도록 나머지 코어는 강력 하 게 서로 격퇴. 이 반발 분자의 빠른 조각화 (‘폭발’) 이끌어 낸다. 방향과 크기-작은 분자에 대 한 분자의 구조를 조각 결합체 상관의 운동량 방향 일치 의외로 잘 본드 축. 분자 구조 결정에 대 한 쿨롱 폭발은 분자 이온 빔 가속기에서를 사용 하 여 개척 되었습니다. ⁶ 이 빔 포 일 기술은 최근에 랄 인식에 대 한 적용. ⁷

변칙 엑스레이 회절, 반대로 샘플 결정 하지만 가스 단계에서 제공 되지 않아야 합니다. 이것은 쿨롱 폭발 접근 휘발성 종족에 대 한 적합 하 고 따라서 x 선 회절을 보완 합니다. 경우에 따라 handedness도 개별 분자에 대 한 확인할 수 있습니다.

실제로, 분자 구조의 정확한 재건 메탄 파생 상품, 예를 들면 중앙 탄소와 다른 치환 기 분자에도 어려운 입증 했다. 이것은 사실 조각 사이 상호 작용은 정확히 Coulombic 모든 채권 동시에 휴식에 기인 합니다. 특히 상체, 사이 구별을 stereochemical 정보를 얻기 위하여이 재건 다행히 필요는 없습니다. 대신, 다른 파편의 기세 벡터 수익률은 왼쪽 및 오른 분자에 대 한 수량 상관 될 수 있다. 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면, 적어도 4 개의 단편 결합체를 기록 해야 합니다.

이 기세 정보를 측정 하기 위해서는 한-그리고 한-분자 휴식-최대에서 파편 단일 측정 단계에서 검색 될 수 있다. 이 상태는 일반적으로 ‘일치 검색’ 이라고 합니다. 또한, 방출 방향 있다 분석할 시간과 조각의 위치를 기록 하는 것에 금액 리스트 모드 데이터 형식에 영향을.

원자와 분자 물리학, 기술 개발 되었다 대량 분리 및 시간 및 위치에 민감한 멀티 히트 탐지기 정전기 분석기를 사용 하 여 측정의이 접근을 구현 하는. 가장 눈에 띄는 COLTRIMS (찬 대상 반동 이온 추진력 분광학) 설치-라고 반응 현미경입니다. ^{8 , 9} 실험의이 종류에 대 한 스케치는 그림 1에서 주어진 다. 뿐만 아니라 전자를 기록할 수 있는 표준 COLTRIMS, 반대로 쿨롱 폭발 이미징 이온 검출기를을 요구 한다.

분석기와 검출기 초고 진공에서 마운트 (< 1 x 10^-9 hPa) 잔류 가스에서 이온의 생성을 피하기 위해. 샘플의 단일 분자 만든 초음속 팽창에 의해 가스 무료 분자 jet를 통해 제공 됩니다: 증기압, 덕 분자 진공으로 소형 노즐 (약 50 µ m 직경) 통해 확장. 실험, 소스 챔버의이 부분은 일반적으로 두 개의 스키와 차동 펌핑된 단계 상호 작용 영역에서 분리 된다. 추가 섹션을 펌핑 차동은 가스 제트기를 덤프 하 고 따라서 상호 작용 영역에 배경 가스를 피하기 위해 상호 작용 지역 뒤에 위치 해 있습니다.

이온화 방사선 분자 제트 미만 90 °로 교차합니다. 싱크 로트 론 방사선, 빠른 이온 또는 전자 충격 가능한 ‘발사체’ 쿨롱 폭발을 유도 하는 있지만 대부분 실험실 요즘 펨 레이저 펄스를 사용 합니다.

다음 프로토콜은 이온과 펨 레이저의 일치 이미징에 대 한 실행 설치 실험실에서 사용할 수 있는 가정 합니다. 4 개 또는 5 개의 조각으로 쿨롱 폭발을 유도 하는 데 필요한 최대 강도 6 x 10¹⁴ W/c m²의 순서 여야 합니다. 상당히 긴 측정을 방지 하려면 레이저의 반복 속도 10khz 이상 이어야 한다. 이것이 중요 한 한편으로, 일치 탐지 수만 수 ascertained 레이저 초점의 조각화에 대 한 확률은 크게 레이저 펄스 (이상적으로 하지 10% 이상) 당 1 아래 경우 때문에. 총 조각화 비율, 다른 한편으로, 해서는 안됩니다 몇 kHz 보다 낮은 있기 때문에 관련 multifragmentation 통로의 공유는 일반적으로 10^-4. 으로 장려 사실 원리 이미 단일 조각 이벤트는 enantiopure 샘플의 구성을 식별 하기에 충분 및 몇 백의 그 검출에 상체의 풍부를 결정 하기 위해 수 있습니다 언급 해야 한 알 수 없는 enantiomeric 구성의 샘플입니다.

Protocol

주의: 실험실에서 실험과 연결 가능한 모든 위험에 잘 알고 있을 것을 확인 하십시오. 다음 절차에는 클래스 4 레이저, 높은 전압 진공 포함 됩니다. 조사를 종족에 대 한 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 1. 준비 예비 고려 사항 참고: 실제 실험 시작 하기 전에 두 가지 주요 선택 해야; 조사에서 가능한 종에 관한 첫 번째 그리…

Representative Results

이 부분에서 우리는 halomethanes에 대 한 결과 보여줍니다. 이러한 종의 원리 증명 실험 그들의 단순 하 고 높은 증기 압력 때문에 이상적입니다. 한편, 더 복잡 한 종 halothane 여러 이온화를 유도 하는 싱크 로트 론 소스에서 단일 소프트-x-선 광자를 사용 하 여 조사 했다. 14 CHBrClF <p class="jove_content" fo:keep-togethe…

Discussion

때문에 다양 한 구성 요소, COLTRIMS 설치 필요 전문 기술, 진공 기술, 입자 감지, 빠른 전자 및 데이터 분석의 분야에서 특히의 다소 높은 수준을 합니다. 하기 전에 복잡 한 종족의 수사에, 그것은 따라서 수 철저 하 게 확인 한다 설치 예: 수행 하 고 2 원자 또는 triatomic 종에 측정 분석 하 여 제대로 실행 되는 경우.

레이저 펄스와 분자 제트 오버랩의 기간과 강도 최적화 ?…

Materials

CHBrCl2	SigmaAldrich	139181-10G	or other suitable sample
femtosecond laser system	KMLabs	Wyvern500
High-reflective mirrors	EKSMA	042-0800
mirror mounts	Newport	U100-A-LH-2K
focusing mirror (protected silver, f = 75 mm)	Thorlabs	CM254-075-P01	(if available: f = 60 mm)
COLTRIMS spectrometer, including electronics and data acquisition system	RoentDek	custom	contrary to the standard COLTRIMS, only one detector is needed