論文の概要: Enantioselective radical reactions can be induced by electron spin polarization: A quantum mechanism for Nature's emergent homochirality?

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.08287v2
• Date: Wed, 06 Aug 2025 22:27:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-08 21:11:55.59758
• Title: Enantioselective radical reactions can be induced by electron spin polarization: A quantum mechanism for Nature's emergent homochirality?
• Title（参考訳）: エナンチオ選択的ラジカル反応は電子スピン分極によって誘導される:自然の創発的ホモキラリティの量子機構?
• Authors: Thomas P Fay,
• Abstract要約: 地球上の生命を構成する生体分子はキラルであるが、ホモキラリティーが現れる正確なメカニズムは謎のままである。 この研究において、ラジカル電子スピンの1つが偏極されたラジカル対の反応は、エナンチオ選択的であることが示されている。 この現象は、ラジカル対電子スピンの過渡コヒーレント量子力学から生じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Biomolecules that constitute life on Earth are chiral, but the precise mechanism by which homochirality emerged remains a mystery. In this work it is demonstrated that reactions of radical pairs, where one of the radical electron spins is polarised, can be enantioselective. This phenomenon arises from transient coherent quantum dynamics of the radical pair electron spins, which is known to occur even in warm and noisy condensed phase environments, where energetic perturbations much smaller than thermal energy can have large effects on reactivity. A quantitative theory is presented based on the molecular theory of chirality induced spin selectivity (CISS), where electron exchange interactions and chirality-dependent spin-orbit coupling effects control enantioselectivity. This theory provides useful bounds on the maximum enantiomeric excess for these reactions, which are found to be consistent with previous experiments. The enantioseletive radical pair mechanism presented here provides an alternative mechanistic basis to a recent proposal that spin-polarised photoelectrons from magnetite provided the initial chiral symmetry breaking necessary for the inception of homochirality in Nature, as well as suggests a new strategy for asymmetric synthesis using spin-polarised electrons.
• Abstract（参考訳）: 地球上の生命を構成する生体分子はキラルであるが、ホモキラリティーが現れる正確なメカニズムは謎のままである。 この研究において、ラジカル電子スピンの1つが偏極されたラジカル対の反応は、エナンチオ選択的であることが示されている。 この現象はラジカル対電子スピンの過渡的コヒーレントな量子力学から生じ、熱エネルギーよりもはるかに小さなエネルギー摂動が反応性に大きな影響を与える温かくてノイズの多い縮合相環境でも起こることが知られている。 キラリティ誘導スピン選択性(CISS)の分子理論に基づいて定量的理論が提示され、電子交換相互作用とキラリティ依存スピン軌道結合効果がエナンチオ選択性を制御する。 この理論は、これらの反応の最大エナンチオマー過剰量について有用な境界を与えており、これは以前の実験と一致している。 ここで提示されるエナンチオセプティブラジカル対機構は、磁気石からのスピン偏光電子が自然界におけるホモキラリティーの開始に必要な最初のキラル対称性を破り、スピン偏光電子を用いた非対称合成の新しい戦略を示唆する最近の提案に対して、別の力学基盤を提供する。

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