Planare Chiralität – Wikipedia

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Planare Chiralität, auch als 2d-Chiralität bekannt, ist der Sonderfall der Chiralität für zwei Dimensionen.

Grundsätzlich ist planare Chiralität ein mathematischer Begriff, der in der Chemie, Physik und verwandten physikalischen Wissenschaften, beispielsweise in der Astronomie, Optik und Metamaterialien, Verwendung findet. Jüngste Ereignisse in den beiden letztgenannten Bereichen werden von Mikrowellen- und Terahertz-Anwendungen sowie mikro- und nanostrukturierten planaren Grenzflächen für Infrarot und sichtbares Licht dominiert.

In Chemie[edit]

Dieser Begriff wird in chemischen Kontexten verwendet.[2] Zum Beispiel für ein chirales Molekül, dem ein asymmetrisches Kohlenstoffatom fehlt, das jedoch zwei nicht-koplanare Ringe besitzt, die jeweils asymmetrisch sind und die sich nicht leicht um die sie verbindende chemische Bindung drehen können: 2,2′-Dimethylbiphenyl ist vielleicht das einfachste Beispiel für diesen Fall. Planare Chiralität zeigen auch Moleküle wie (E.) -Cycloocten, einige di- oder poly-substituierte Metallocene und bestimmte monosubstituierte Paracyclophane. Die Natur liefert selten planare chirale Moleküle, wobei Cavicularin eine Ausnahme darstellt.

Zuordnung der Konfiguration planarer chiraler Moleküle[edit]

Um die Konfiguration eines planaren chiralen Moleküls zuzuweisen, wählen Sie zunächst das Pilotatom aus. Dies ist die höchste Priorität der Atome, die sich nicht in der Ebene befinden, sondern direkt an ein Atom in der Ebene gebunden sind. Weisen Sie als Nächstes die Priorität von drei benachbarten Atomen in der Ebene zu, beginnend mit dem an das Pilotatom gebundenen Atom als Priorität 1, und weisen Sie es vorzugsweise in der Reihenfolge der höchsten Priorität zu, wenn Sie die Wahl haben. Setzen Sie dann das Pilotatom hinter die drei fraglichen Atome. Wenn die drei Atome im Uhrzeigersinn eine Richtung im Uhrzeigersinn bilden, wird das Molekül als R zugewiesen, andernfalls als S.[3]

In Optik und Metamaterialien[edit]

Chirale Beugung[edit]

Papakostas et al. beobachteten 2003, dass planare Chiralität die Polarisation von Licht beeinflusst, das durch Anordnungen planarer chiraler Mikrostrukturen gebeugt wird, wobei große Polarisationsänderungen mit entgegengesetztem Vorzeichen in Licht festgestellt wurden, das von planaren Strukturen entgegengesetzter Händigkeit gebeugt wurde.[4]

Zirkularumwandlungsdichroismus[edit]

Die Untersuchung planarer chiraler Metamaterialien hat gezeigt, dass planare Chiralität auch mit einem optischen Effekt in nichtbeugenden Strukturen verbunden ist: der gerichtet asymmetrischen Transmission (Reflexion und Absorption) zirkular polarisierter Wellen. Planare chirale Metamaterialien, die ebenfalls anisotrop und verlustbehaftet sind, weisen unterschiedliche Gesamttransmissionsniveaus (Reflexion und Absorption) für dieselbe zirkular polarisierte Welle auf, die auf Vorder- und Rückseite einfällt. Das asymmetrische Übertragungsphänomen ergibt sich aus unterschiedlichen, z. B. Zirkularpolarisationsumwandlungseffizienzen von links nach rechts für entgegengesetzte Ausbreitungsrichtungen der einfallenden Welle, und daher wird der Effekt als Zirkulationsumwandlungsdichroismus bezeichnet. So wie die Verdrehung eines planaren chiralen Musters für entgegengesetzte Beobachtungsrichtungen umgekehrt erscheint, haben planare chirale Metamaterialien Eigenschaften für links- und rechtshändige zirkular polarisierte Wellen ausgetauscht, die auf ihre Vorder- und Rückseite einfallen. Insbesondere links- und rechtshändige zirkular polarisierte Wellen weisen entgegengesetzte Richtungsübertragungsasymmetrien (Reflexion und Absorption) auf.[5][6]

Extrinsische planare Chiralität[edit]

Achirale Komponenten können eine chirale Anordnung bilden. In diesem Fall ist Chiralität keine intrinsische Eigenschaft der Komponenten, sondern wird extrinsisch durch ihre relativen Positionen und Orientierungen auferlegt. Dieses Konzept wird typischerweise auf experimentelle Anordnungen angewendet, beispielsweise auf ein achirales (Meta) Material, das von einem Lichtstrahl beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsrichtung das gesamte Experiment von seinem Spiegelbild unterscheidet. Die extrinsische planare Chiralität ergibt sich aus der Beleuchtung einer periodisch strukturierten Grenzfläche für geeignete Beleuchtungsrichtungen. Ausgehend von der normalen Inzidenz auf eine periodisch strukturierte Grenzfläche entsteht eine extrinsische planare Chiralität durch Kippen der Grenzfläche um eine Achse, die nicht mit einer Spiegelsymmetrielinie der Grenzfläche übereinstimmt. Bei Vorhandensein von Verlusten kann eine extrinsische planare Chiralität zu einem zirkulären Umwandlungsdichroismus führen, wie oben beschrieben.[7]

Chirale Spiegel[edit]

Herkömmliche Spiegel kehren die Händigkeit von zirkular polarisierten Wellen bei Reflexion um. Im Gegensatz dazu reflektiert ein chiraler Spiegel zirkular polarisierte Wellen einer Händigkeit ohne Änderung der Händigkeit, während er zirkular polarisierte Wellen der entgegengesetzten Händigkeit absorbiert. Ein perfekter chiraler Spiegel zeigt einen kreisförmigen Umwandlungsdichroismus mit idealer Effizienz. Chirale Spiegel können realisiert werden, indem ein planares chirales Metamaterial vor einen herkömmlichen Spiegel gestellt wird.[8] Das Konzept wurde in der Holographie genutzt, um unabhängige Hologramme für links- und rechtshändige zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen zu realisieren.[9] Es wurde über aktive chirale Spiegel berichtet, die zwischen links und rechts oder zwischen chiralem Spiegel und herkömmlichem Spiegel umgeschaltet werden können.[10]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Rubel, JC; Latham, HA; Fu, GC (1997). Effektive kinetische Racematspaltung von Sekundäralkoholen mit einem planar-chiralen Analogon von 4- (Dimethylamino) pyridin. Verwendung des Fe (C.5Ph5) Gruppe in der asymmetrischen Katalyse “. Marmelade. Chem. Soc. 119 (6): 1492–1493. doi:10.1021 / ja963835b.
  2. ^ IUPAC, Kompendium der chemischen Terminologie, 2. Aufl. (das “Goldbuch”) (1997). Online korrigierte Version: (2006–) “planare Chiralität“. doi:10.1351 / goldbook.P04681
  3. ^ Kalsi, PS “Stereochemische Konformation und Mechanismus”
  4. ^
    Papakostas, A.; Potts, A.; Bagnall, DM; Prosvirnin, SL; Coles, HJ; Zheludev, NI (2003). “Optische Manifestationen planarer Chiralität” (PDF). Briefe zur körperlichen Überprüfung. 90 (10): 107404. doi:10.1103 / PhysRevLett.90.107404. PMID 12689032.
  5. ^
    Fedotov, VA; Mladyonov, PL; Prosvirnin, SL; Rogacheva, AV; Chen, Y.; Zheludev, NI (2006). “Asymmetrische Ausbreitung elektromagnetischer Wellen durch eine planare chirale Struktur”. Briefe zur körperlichen Überprüfung. 97 (16): 167401. arXiv:Physik / 0604234. Bibcode:2006PhRvL..97p7401F. doi:10.1103 / PhysRevLett.97.167401. PMID 17155432.
  6. ^ Plum, E.; Fedotov, VA; Zheludev, NI (2009). “Planares Metamaterial mit Transmission und Reflexion, die von der Einfallsrichtung abhängen”. Angewandte Physik Briefe. 94 (13): 131901. arXiv:0812.0696. Bibcode:2009ApPhL..94m1901P. doi:10.1063 / 1.3109780. S2CID 118558819.
  7. ^
    Plum, E.; Fedotov, VA; Zheludev, NI (2011). “Asymmetrische Übertragung: eine generische Eigenschaft zweidimensionaler periodischer Muster” (PDF). Zeitschrift für Optik. 13 (2): 024006. doi:10.1088 / 2040-8978 / 13/2/024006. S2CID 52235281.
  8. ^ Plum, E.; Zheludev, NI (01.06.2015). “Chirale Spiegel”. Angewandte Physik Briefe. 106 (22): 221901. Bibcode:2015ApPhL.106v1901P. doi:10.1063 / 1.4921969. ISSN 0003-6951. S2CID 19932572.
  9. ^ Wang, Q.; Plum, E.; Yang, Q.; Zhang, X.; Xu, Q.; Xu, Y.; Han, J.; Zhang, W. (2018). “Reflektierende chirale Meta-Holographie: Multiplex-Hologramme für zirkular polarisierte Wellen”. Licht: Wissenschaft & Anwendungen. 7: 25. doi:10.1038 / s41377-018-0019-8. PMC 6106984. PMID 30839596.
  10. ^ Liu, M.; Plum, E.; Li, H.; Duan, S.; Li, S.; Xu, Q.; Zhang, X.; Zhang, C.; Zhou, C.; Jin, B.; Han, J.; Zhang, W. (2020). “Schaltbare Chiralitätsspiegel”. Fortgeschrittene optische Materialien. 8 (15). doi:10.1002 / adom.202000247.


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