Исследователи в Соединенных Штатах продемонстрировали существование эффектов квантовой механики в кислотно-щелочных реакциях, бросив вызов теории Бренстеда-Лоури. Образующаяся короткая водородная связь стабилизируется делокализованным протоном, который быстро перемещается между молекулами кислоты и основания и имеет очень необычные спектральные характеристики.
Теория Бренстеда-Лоури была предложена в 1923 году и объясняет кислотно-основные реакции с точки зрения переноса протона. Эта теория является одним из краеугольных камней понимания химии и одним из первых принципов, которым обучают школьников. Но, несмотря на растущее понимание ограниченности традиционного мышления, внезапное открытие квантового компонента такой фундаментальной реактивности было совершенно случайным.
Признается: «Это была удача» Даниэль Курода из Университета штата Луизиана, один из главных исследователей, участвовавших в исследовании. Мы смотрели на структуру жидкостей… и мы увидели, что бумага [about an acid–base mixture] С проводимостью серной кислоты, но без ионизации. Мы хотели посмотреть, что из себя представляет шасси… поэтому мы начали рассматривать проект, а потом поняли, что у нас явно что-то совершенно другое.
Курода вместе с сотрудником Лу Ван в Университете Рутгерса, используя инфракрасную (ИК) спектроскопию для анализа спектроскопических характеристик различных смесей уксусной кислоты и 1-метилимидазола. Ожидается, что уксусная кислота как слабая кислота будет спонтанно реагировать со слабыми основаниями, такими как 1-метилимидазол, с образованием ионов ацетата и имидазола соответственно. Но вместо ожидаемого пика ацетата при 1560 см-1Команда была удивлена, заметив очень широкие полосы между 2200 см-1 и 3500 см-1 Во всех неводных смесях. «Когда вы смешиваете две жидкости, вы можете описать инфракрасный спектр как сумму двух по отдельности», — объясняет Курода. «Этот случай дал нам нечто совершенно другое».
Используя методы компьютерного моделирования для изучения возможных объяснений своих данных, Курода и Ван предположили, что эти широкие пики возникли в результате образования кислотно-щелочных комплексов. Прямая реакция гидроксильной группы уксусной кислоты с 1-метилимидазолом азота привела к необычно короткой водородной связи, стабилизированной быстрым переходом протона между двумя молекулами. Квантово-механические эффекты объясняют большую разницу, особенно когда мы рассматриваем энергетические барьеры. Карлос Баез, эксперт по вычислительным и спектроскопическим методам из Техасского университета в Остине, США. «Сам протон является квантово-механическим, и его можно рассматривать с точки зрения сосуществующих резонансных структур».
Такое неклассическое поведение ранее наблюдалось в активных центрах ферментов, но Курода и Ван первыми сообщили о спектральных характеристиках. ‘Это [research] Важно, потому что показывает, что для интерпретации аналогии [IR] Спектры, мы должны учитывать эти квантово-механические эффекты, продолжает Байес. «Для более широкого сообщества это меняет то, как мы думаем о химии».
Размышляя о влиянии этой работы, Курода надеется призвать других исследователей быть открытыми в своем подходе к химии. «Могут быть и другие взаимодействия, в которых квантовая механика играет важную роль», — говорит Курода. «Я думаю, что в будущем мы должны больше включать химию».
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Общество астмы предупреждает, что стойкие симптомы не являются нормой во Всемирный день астмы
Этот телескоп будет искать призрачные следы загадочной темной материи
Новое исследование связывает структуру с эффективностью взаимодействия