Найден способ увидеть ход химических реакций на молекулярном уровне

SLAC National Accelerator Laboratory

Сотрудники Токийского университета создали новый метод для исследования хода химических реакций. Он позволяет фиксировать стадии процесса на молекулярном уровне, что в конечном итоге позволяет лучше контролировать каждый этап. Статья ученых опубликована в журнале Nature Communications.

«В 2007 году физики смогли реализовать мечту более чем 200-летней давности — они научились видеть отдельные атомы, — отметил ведущий автор исследования Эйити Накамура. — Но на этом все не закончилось. Наша исследовательская группа вышла за пределы этой мечты и создала видео химических процессов на молекулярном уровне, чтобы зафиксировать их мельчайшие детали».

С помощью обычных аналитических методов, таких как спектроскопия и кристаллография, можно получить много информации о результатах химических процессов. Но что происходит во время них, во многом остается неизвестным. Однако химикам иногда гораздо важнее знать, по какому именно пути идет реакция, чтобы понимать, каким веществом и когда стоит воздействовать на процесс, чтобы, например, получить другой, более нужный продукт.

Переходные стадии сложных химических реакций трудно изучать, так как существует множество промежуточных процессов, которые происходят между их началом и концом. В принципе, и раньше можно было видеть отдельные стадии, но на самом деле было невозможно выделить продукты на каждой из них и зафиксировать их изменения со временем. Накамура и его научная группа потратили более десяти лет на решение этой проблемы и разработали метод, называемый молекулярной электронной микроскопией.

Запечатленное формирование кубической молекулы кристалла металл-органического каркаса

Nakamura et al/Nature Communications

Для выделения и закрепления определенных молекул команда использовала специально модифицированную углеродную нанотрубку. Она «зацепляла» проходящую молекулу и удерживала ее на месте, но принципиально не мешала протеканию реакций с ее участием. Таким образом, каждая стадия реакции будет проходить на кончике нанотрубки, которая, в свою очередь, удерживается на месте в фокусе электронного микроскопа. Измерения таким методом можно проводить в режиме реального времени и получить в конечном итоге видео химического процесса.

По словам ученых, это только первый шаг к способности точно контролировать химический синтез. Такую возможность химики называют «рациональным синтезом». С ее помощью надеются в будущем создавать синтетические минералы и лекарства.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.