FYZIKÁLNÍ CHEMIE
vice buď odpovídá pravotočivému, nebo levotočivému závitu. Helikálně chirální molekuly mají tu vlastnost, že dokáží měnit elektronový spin. Pro jedno- duchost řekněme, že levotočivý enantiomer má rád elektron se spinem nahoru a pravotočivý má rád elektron se spinem dolů. To znamená, že když se naučíme pomocí velmi krátkého laserového pulzu přepínat z jednoho enantio- meru na druhý, budeme schopni také přepínat mezi elektrony s jedním, nebo druhým spinem. A to je jistě k něčemu dobré? Určitě! Neexistuje více ryze kvantová vlastnost než elektronový spin. Takové chování je zá- kladem pro sestavení kvantového tranzistoru. Chirální molekuly tak mohou mít využití v kvantových počítačích. Výhodou je, že chi- rální molekuly jsou stálé i za pokojové teploty, což je příjemná teplota pro práci. Problém ov- šem je, že udržení kvantového bitu, tzv. qubitu, prozatím vyžaduje teploty blízké absolutní nule, což už tak moc praktické není. Ale to jsem popsal velmi vzdálený cíl, který se určitě v rámci tohoto projektu nepodaří zrealizovat. Možná se to nepodaří nikdy, ale určitě se po cestě dozvíme, jak různé chirální molekuly reagují s velmi krátkými pulzy světla, jak mohou ovlivňovat elektrony a jejich spin, a dozvíme se, zda a jakým způsobem tohle všechno může být užitečné, i když z toho třeba zrovna kvantový tranzistor nebude.
žovat a tvrdit, že na Západě je to lepší. Skuteč- nost je taková, že není. Lidé jsou všude stejní a stejné jsou i problémy, které společnost musí řešit. Rozdíl je jen v tom, jaké je zastoupení da- ného problému a citlivost společnosti k němu. Možná není špatné si to představit jako mixo- vací pult v nahrávacím studiu, kde výskyt pro- blému můžeme řídit posuvníkem. Každý stát má pak stejný pult, jen nastavení posuvníků je jiné. Mimoto putování naučí pokoře. Mám přede- vším na mysli schopnost si uvědomovat rozdíly a to, že když já něco dělám jinak než někdo jiný, tak to ještě neznamená, že můj postup je automaticky lepší. Mnohokrát jsem si na vlastní kůži vyzkoušel, že něco, co jsem považoval za naprosto samozřejmé, že to přeci nemůže být jinak, tak vlastně samozřejmé vůbec nebylo. Takové vnímání souvisí jen s danou kulturou, ve které člověk vyrůstal. Určitě by bylo záhodno, aby podobnou zkušenost mělo víc lidí, svět by pak byl víc ohleduplný a míň útočný, protože bychom chápali, že já to dělám tak a někdo zase jinak a obojí může být správně a je to tak v pořádku. Brzy se budeš vracet domů, a to prostřednictvím dvou grantů, které jsi v nemalé konkurenci získal: JUNIOR STAR od GAČR a institucionální podporu od VŠCHT Praha (Fond Dagmar Procházkové). Tvůj projekt se jmenuje „Studium chirální dyna- miky na femtosekundových časových škálách“. Nad čím tedy budeš bádat? Chtěl bych se zaměřit na chování molekul, které označujeme jako chirální. Chirální mo- lekuly jsou zvláštní v tom, že každá molekula existuje ve formě dvou enantiomerů, které si můžeme představit jako naši levou a pravou ruku. Když například položíme levou ruku na pravou, palce obou rukou směřují každý na jinou stranu. Podobně je to i s enantiomery, které jsou stejně jako levá a pravá ruka rozliši- telné na molekulární úrovni, byť je to pořád ta samá molekula. Chirální molekuly hrají mnoho důležitých úloh v biosféře. Například molekula limonenu voní buď jako pomeranč, nebo jako citron, podle toho, ke kterému enantiomeru si přivo- níme: tzv. ( S )-enantiomer voní po citronech a ( R )-enantiomer po pomerančích. Ale i naše tělo je plné chirálních molekul, například aminokyseliny a cukry. A je zajímavé, že tělo využívá typicky jen jeden enantiomer od dané molekuly. Pro tento jev se vžil název homo- chiralita. Navíc častěji, než bychom chtěli, ten druhý enantiomer působí v těle jako jed. Jelikož jsme doslova vystavěni z chirálních molekul, reakce, které probíhají v našich tě- lech, jsou tzv. enantioselektivní neboli jejich vý- sledek závisí na chiralitě reagujících molekul. A to se dostávám k tomu, co bych rád studoval. Již během svého doktorátu jsem ukázal, že i velmi jednoduché chirální molekuly, které v tělech nemáme, mohou svou chiralitu neboli pravo-levorukost měnit. Jsou-li vybuzeny záře-
ním, podstoupí jednoduchou fotochemickou re- akci. Zajímavé je, že se tak děje na neuvěřitelně krátkých časových škálách. Bavíme se o něko- lika málo femtosekundách. Pro představu: světlo, které se pohybuje téměř rychlostí 300 000 km/s a za jednu sekundu oběhne Zemi kolem rovníku 7,5×, urazí za jednu femtosekundu vzdálenost pouhých 0,0003 mm neboli vzdálenost 300× tenčí, než je tloušťka lidského vlasu. Páni! Jak můžeme takové procesy zkoumat, když trvají tak malý zlomek sekundy? Musíme mít kameru, jejíž uzávěrka je rychlejší než samotný proces. To určitě znají všichni vášniví fotografové – s pomalou uzávěrkou jsou křídla letícího motýla na fotce rozmazaná. Bohužel žádná mechanická nebo elektronicky řízená uzávěrka není dostatečně rychlá pro fo- cení pohybů molekul. Proto se musíme uchýlit k tomu nejrychlejšímu, co máme – světlu. Díky moderním laserům můžeme připravit světelné pulzy, jejichž doba trvání je jen několik málo femtosekund. Jak se použijí tyto krátké pulzy ke studiu chirálních molekul? Experimenty vypadají tak, že nejprve použi- jeme jeden laserový pulz, který danou mole- kulu rozpohybuje. Druhý, časově zpožděný pulz poté sehraje roli uzávěrky na kameře
a danou molekulu „vyfotí“. Opakováním tohoto experimentu s různými zpoždě- ními druhého pulzu získáme časovou řadu fotek, jejichž analý- zou se dostaneme k časově rozlišenému „tanečku“ chirální molekuly – zmapo- vání její chirální dy- namiky. V současné době známe chirální dy- namiku pouze pro dvě molekuly, které jsem zkoumal v rám- ci mého doktorátu, což je značně ome- zený vzorek. Proto je jedním z cílů tohoto projektu studovat dal- ší důležité chirální molekuly. Bude-li to jen trochu možné, rád bych se zaměřil i na speciální mole- kuly, které jsou tzv. helikálně chirální. Takové molekuly ne- mají žádný chirální atom uhlíku, ale jejich prostorová struktura dává vzniknout šrou- bovici. Tato šroubo-
Výrobce referenčních materiálů
39
CHEMAGAZÍN • 6 / XXXIII (2023)
Made with FlippingBook Digital Publishing Software