对映选择性自由基反应可由电子自旋极化诱导:自然界中涌现同手性的量子机制?
构成地球生命的生物分子具有手性特征,但同手性起源的确切机制仍是未解之谜。该研究团队证明,当自由基对中一个自由基电子自旋发生极化时,其反应可呈现对映选择性。这种现象源于自由基对电子自旋的瞬态相干量子动力学——即使在温暖嘈杂的凝聚相环境中,这种量子效应仍会发生,此时远小于热能的热扰动就能对反应活性产生显著影响。研究人员基于“手性诱导自旋选择性”(CISS)的分子理论提出定量模型,指出电子交换相互作用和手性依赖的自旋-轨道耦合效应共同控制对映选择性。该理论为这类反应设定了最大对映体过剩度的有效边界,与先期实验结果相符。该工作揭示的对映选择性自由基对机制,既为“磁铁矿产生的自旋极化光电子提供了自然界同手性起源所需的初始对称性破缺”这一新假说提供了替代性解释框架,也为利用自旋极化电子进行不对称合成提出了新策略。
