Физики напрямую измерили силу водородной связи

Ученым из Швейцарии, Японии и Финляндии удалось измерить силу водородной связи в отдельной молекуле с помощью атомно-силового микроскопа. О своем исследовании они рассказали в журнале Science Advances.

Водородные связи, которым посвящено исследование, встречаются довольно часто и обеспечивают свойства белков и нуклеиновых кислот, а также, например, высокую температуру кипения воды. До настоящего момента изучение водородных связей было невозможно как с помощью спектроскопии, так и через электронный микроскоп. Исследования на атомно-силовом микроскопе также пока не давали четких результатов.

Авторы исследования использовали пропелланы — полициклические углеводороды, у которых три цикла имеют общий атом углерода. При приближении наконечника атомно-силового микроскопа к молекуле пропеллана атомы водорода образуют с молекулой моноксида углерода водородные связи. Их силу уже можно измерить. Таким образом авторам работы удалось избежать ситуации, когда связь устанавливается не с теми атомами, с какими было запланировано.

Измеренные в ходе эксперимента силы и расстояния между атомами кислорода на наконечнике микроскопа и атомами водорода в молекуле пропеллана довольно точно соответствовали рассчитанным значениям. Водородная связь оказалась очень слабой, длиной около 300 пикометров. Таким образом, исключалась возможность ошибки: измерения более сильной ковалентной связи или гораздо более слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий.