Quiralidad plana - Planar chirality
La quiralidad plana , también conocida como quiralidad 2D, es el caso especial de quiralidad para dos dimensiones .
Fundamentalmente, la quiralidad plana es un término matemático que se utiliza en química , física y ciencias físicas relacionadas, por ejemplo, en astronomía , óptica y metamateriales . Los sucesos recientes en los dos últimos campos están dominados por las aplicaciones de microondas y terahercios , así como por interfaces planas micro y nanoestructuradas para luz infrarroja y visible .
En Quimica
Este término se usa en contextos químicos , por ejemplo, para una molécula quiral que carece de un átomo de carbono asimétrico , pero que posee dos anillos no coplanares que son cada uno asimétrico y que no pueden rotar fácilmente alrededor del enlace químico que los conecta: 2,2'-dimetilbifenilo es quizás el ejemplo más simple de este caso. La quiralidad plana también es exhibida por moléculas como ( E ) - cicloocteno , algunos metalocenos di- o polisustituidos y ciertos paraciclofanos monosustituidos . La naturaleza rara vez proporciona moléculas quirales planas, siendo la cavicularina una excepción.
Asignar la configuración de moléculas quirales planas
Para asignar la configuración de una molécula quiral plana, comience seleccionando el átomo piloto, que es la prioridad más alta de los átomos que no están en el plano, pero que están directamente unidos a un átomo en el plano. A continuación, asigne la prioridad de tres átomos adyacentes en el plano, comenzando con el átomo unido al átomo piloto como prioridad 1, y asigne preferentemente en orden de mayor prioridad si hay una opción. Luego, colocando el átomo piloto delante de los tres átomos en cuestión, si los tres átomos forman una dirección en el sentido de las agujas del reloj cuando se siguen en orden de prioridad, la molécula se asigna como R; de lo contrario, se asigna como S.
En óptica y metamateriales
Difracción quiral
Papakostas y col. observaron en 2003 que la quiralidad planar afecta la polarización de la luz difractada por matrices de microestructuras quirales planas, donde se detectaron grandes cambios de polarización de signo opuesto en la luz difractada de estructuras planas de sentido opuesto.
Dicroísmo de conversión circular
El estudio de metamateriales quirales planos ha revelado que la quiralidad plana también está asociada con un efecto óptico en estructuras no difractantes: la transmisión direccionalmente asimétrica (reflexión y absorción) de ondas polarizadas circularmente . Los metamateriales quirales planos, que también son anisotrópicos y con pérdida, exhiben diferentes niveles de transmisión total (reflexión y absorción) para la misma onda polarizada circularmente incidente en su frente y dorso. El fenómeno de transmisión asimétrica surge de diferentes eficiencias de conversión de polarización circular, por ejemplo, de izquierda a derecha para direcciones de propagación opuestas de la onda incidente y, por lo tanto, el efecto se denomina dicroísmo de conversión circular. Al igual que el giro de un patrón quiral plano parece invertido para direcciones de observación opuestas, los metamateriales quirales planos tienen propiedades intercambiadas para ondas polarizadas circularmente para zurdos y diestros que inciden en su frente y espalda. En particular, las ondas polarizadas circularmente para zurdos y diestros experimentan asimetrías de transmisión direccional opuesta (reflexión y absorción).
Quiralidad plana extrínseca
Los componentes achirales pueden formar una disposición quiral. En este caso, la quiralidad no es una propiedad intrínseca de los componentes, sino que se impone extrínsecamente por sus posiciones y orientaciones relativas. Este concepto se aplica típicamente a arreglos experimentales, por ejemplo, un material aquiral (meta) iluminado por un haz de luz, donde la dirección de la iluminación hace que todo el experimento sea diferente de su imagen especular. La quiralidad plana extrínseca resulta de la iluminación de cualquier interfaz estructurada periódicamente para direcciones de iluminación adecuadas. A partir de la incidencia normal en una interfaz estructurada periódicamente, la quiralidad plana extrínseca surge de inclinar la interfaz alrededor de cualquier eje que no coincida con una línea de simetría especular de la interfaz. En presencia de pérdidas, la quiralidad plana extrínseca puede resultar en dicroísmo de conversión circular, como se describió anteriormente.
Espejos quirales
Los espejos convencionales invierten la mano de las ondas polarizadas circularmente al reflejarse. En contraste, un espejo quiral refleja ondas polarizadas circularmente de una mano sin cambio de mano, mientras que absorbe ondas polarizadas circularmente de la mano opuesta. Un espejo quiral perfecto exhibe dicroísmo de conversión circular con una eficiencia ideal. Los espejos quirales se pueden realizar colocando un metamaterial quiral plano frente a un espejo convencional. El concepto se ha aprovechado en holografía para realizar hologramas independientes para ondas electromagnéticas polarizadas circularmente para zurdos y diestros. Se han informado espejos quirales activos que se pueden cambiar entre izquierda y derecha, o espejo quiral y espejo convencional.