Josep M. Ribó: Univ. Barcelona-ICC (IEEC) Quiralidad en Química Prebiotica y en la Evolución de Sistemas Químicos Complejos

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1 Josep M. Ribó: Univ. Barcelona-ICC (IEEC) Quiralidad en Química Prebiotica y en la Evolución de Sistemas Químicos Complejos Grupo interdisciplinar (Química Orgànica y Óptica, UB) que en colaboración con investigadores del CAB (CSIC-INTA) EMERGENCIA ESPONTANEA DE QUIRALIDAD EN TRANSFORMACIONES QUÍMICAS I CAMBIOS DE FASE Chemphyschem 2009 Phys. Lett. A 2009 Chirality 2009 Crystal Growth & Design 2009 EFECTO DE FUERZAS MACROSCÓPICAS EN LA EMERGENCIA DE QUIRALIDAD EN SISTEMAS QUÍMICOS SUPRAMOLECULARES Science 2001 Angew. Chem. Int. Ed Optics Lett Chem. Soc. Rev. 2010

2 ANÁLISIS DE MUESTRAS DE RETORNO I)Trabajos previos en Exobiología relacionados con el desarrollo de la Misión. Análisis de quiralidad en meteoritos (CM2) y en hielos sintéticos II) Análisis de muestras de retorno

3 QUÍMICA DE LA EVOLUCIÓN COSMOLÓGICA (entre moléculas y el fenómeno de la Vida) Papel de la quiralidad química de este proceso QUÍMICA DE LA COMPLEJIDAD Análisis de la Firma de las primeras etapas de este proceso Detección de Compuestos Orgánicos Quirales (de realización factible en muchos centros de la UE) DETECCIÓN DE QUIRALIDAD (actividad óptica; DC o BC) 1) AMPLIFICACIÓN QUÍMICA; Método indirecto (en solución) 2) MÉTODOS DIRECTOS ÓPTICOS

4 AMPLIFICACIÓN QUÍMICA DE QUIRALIDAD Sistemas autocatalíticos que muestran emergencia espontanea de quiralidad (signo de quiralidad (+) o ( ) al azar). Estos sistemas con inducciones muy débiles (no detectables por procedimientos analíticos corrientes) rinden un signo determinado de quiralidad inducción quiral A aquiral D quiral L quiral D o L según sea el signo de la inducción La amplificación no lineal de la quiralidad inicial (no detectable por otros métodos) permite la detección de actividad óptica en el producto final de la reacción

5 CÁMARAS LIMPIAS (en agua ultrapura se puede detectar contaminación quiral! Chirality 2009) IMPLEMENTACIÓN DE METODOLOGÍAS ANALÍTICAS

6 MÉTODOS DIRECTOS ÓPTICOS PARA LA DETECCIÓN DE QUIRALIDAD DICROISMO CIRCULAR Y/O BIREFRINGENCIA CIRCULAR no es un problema sencillo en muestras fuertemente anisotropias (p. ej. sólidos) ANÁLISIS DE TODOS LOS ELEMENTOS DE LA MATRIZ DE MÜLLER MEDIANTE ELIPSOMETRIA GENERALIZADA CON DOS MODULADORES (200 nm -800 nm)

7 Aplicaciones: óptica de crístales, acitividad óptica y enantiomorfismo, materiales anisotrópicos en general (solidos y líquidos) Emergencia de quiralidad por efecto de vortices hidrodinámicos en soluciones de particulas aquirales de agregados Efectos mecánicos en las polarizaciones ópticas de cristales líquidos (575 nm; cubeta plana cilíndrica)

8 Hipótesis: En un escenario prebiótico las fracturas quirales en filosilicatos (originadas por fuerzas mecánicas de cizalla) pueden catalizar y transferir quiralidad en las reacciones de compuestos orgánicos absorbidos en ellos La fuerzas mecànicas en vortices (acreación) crearían defectos quirales de un signo 2-MGE predominante en resolución en las micróscopica estructuras baja sólidas. sobre muestras de meteoritos Orig Life Evol Biosph, Online, DOI /s

9 Measurements of a section of a Murchison thin cut ( 30μm thickness): a) optical density measured at 546 nm: b) CB mapping of a (the dimension of each frame is 12 mm x 6 mm, where each pixelmeasures 30μm x 30μm); c) Distribution of the CB values of the image pixels in b, once eliminated the non-transparent and the more transparent pixels; d) and e) SEM images of specific

10 DESARROLLO DE INSTRUMENTACIÓN 2-MGE Instrumento 2-MGE acoplado a microscópia Mediciones de dispersion diferencial Instrumento para la medida de DC en el IR (identificación de las especies opticamente activas

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15 Las técnicas de detección de polarization se basan generalmente en detecciones sencillas de birefringencia. Instrumentación basada en la determinación completa de la matriz de Müller deberia dar un valor añadido al estudio y observación de propiedades ópticas de polarization

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18 Objetivos y elección de la instrumentación y métodos mas adecuados para misiones a cuerpos de gravedad elevada Reactivos PERFORACIÓN Y TOMA DE MUESTRA CARRUSEL PARA MUESTRAS (x 10) DETECTOR