مولکول هایی که از قوانین پیروی می کنند اولین تأیید مستقیم نظریه ای نیم قرن را ارائه می دهند

مولکول هایی که از قوانین پیروی می کنند اولین تأیید مستقیم نظریه ای نیم قرن را ارائه می دهند


خبر – در سال 1965 ، دانشمندان روبرت برنز وودوارد و رولد هافمن مجموعه ای از قوانین را برای پیش بینی نتایج واکنش های سیکل الکتریک ، طبقه مهمی از واکنش ها در شیمی آلی ، ابداع کردند. قوانین وودوارد-هافمن توضیح می دهند که چرا برخی از ترکیبات تشکیل نمی شوند در حالی که برخی دیگر به راحتی تولید می شوند و پیش بینی می کند که چگونه اتم ها در محصولاتی که در واکنشهای باز شدن حلقه ایجاد می شوند ، مرتب شده اند. آنها اساس بسیاری از نظریه های شیمیایی در این زمینه را فراهم کردند و در سال 1981 جایزه نوبل شیمی رولد هافمن را دریافت کردند.

بیش از نیم قرن پس از تدوین ، دانشمندان آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC وزارت نیرو با استفاده از MeV-UED ، “دوربین الکترونیکی فوق سریع” آزمایشگاه ، نحوه تکامل فرایند پیش بینی شده توسط این قوانین را کشف کردند. نتایج ، هفته گذشته در علوم پایهآنها اولین کسانی هستند که مستقیماً این قوانین را تأیید کرده و می توانند به درک بهتر تعاملات با نقشهای حیاتی در شیمی و زیست شناسی منجر شوند.

توماس ولف ، دانشمند SLAC که این مطالعه را رهبری می کند ، می گوید: “دو نسل از شیمی دانان قوانین وودوارد-هافمن را آموخته اند و ایده های مفهومی زیادی از آنها به وجود آمده است.” اما تا اینجا ، اینها اساساً همه پیش بینی ها بود. هیچ کس تا به حال آن را در زمان واقعی مشاهده نکرده بود. در مطالعه ما ، راهی برای تجسم واکنش و مشاهده چگونگی تبدیل مولکول به محصول مطابق این قوانین پیدا کردیم و مستقیماً تأیید کرد که واقعاً کار می کند. “

حلقه را باز کن

سیکلومولکول ها نقش کلیدی در بسیاری از فرایندهای بیولوژیکی و شیمیایی ایفا می کنند که توسط تشکیل و شکستن پیوندهای شیمیایی هدایت می شوند. محققان از MeV-UED برای ساختن “فیلم” با وضوح بالا از مولکولهای گاز حلقه ای که در واکنش به نور باز می شوند ، استفاده کردند. با استفاده از تکنیکی به نام پراش الکترونی فوق سریع (UED) ، محققان یک پرتو الکترونی پرانرژی ، اندازه گیری شده در میلیون ولت الکترون (MeV) را از طریق نمونه-برای اندازه گیری دقیق فاصله بین جفت اتم ، ارسال کردند. گرفتن عکسهای فوری از این فواصل در فواصل مختلف پس از فلاش اولیه لیزر و پیگیری نحوه تغییر آنها ، به دانشمندان اجازه می دهد تا یک فیلم استاپ موشن از بازآرایی اتمی ناشی از نور در نمونه ایجاد کنند.

تحقیقات آنها اولین موردی است که از حساسیت MeV-UED برای مطالعه ترکیبات ، ساختارهایی از یک مولکول یکسان با شکل کمی متفاوت استفاده می کند که در شیمی جدایی ناپذیر هستند ، اما مطالعه آنها با روش های تجربی فعلی دشوار است.

قوانین وودوارد-هافمن پیش بینی می کنند که ترکیبات مختلف نمونه مورد مطالعه ، α-felandrene ، محصولات متفاوتی از واکنش بازکردن حلقه تولید می کند. با استفاده از MeV UED ، محققان توانستند چگونگی تبدیل یک شکل دهنده خاص از α- فیلندرن را در زمان واقعی به محصول واکنش پیش بینی شده توسط قوانین وودوارد-هافمن تبدیل کنند و بحث طولانی مدت را در مورد حرکت دقیق حلقه مولکول حل کنند. باز شد

ولف می گوید: “این اولین بار است که کسی مستقیماً این حرکت را مشاهده می کند.” “ما نشان می دهیم که مولکولها منحصراً به روشی که توسط قوانین وودوارد-هافمن پیش بینی شده است باز می شوند.”

تغییر مهم

برای ادامه ، ولف امیدوار است واکنشهای مشابهی را در سطح مولکولی مورد بررسی قرار دهد تا نقش نقشی را در واکنشهای شیمیایی بهتر درک کند.

وولف می گوید: “اهمیت مسابقات مختلف هنوز به طور کامل بررسی نشده است.” “با فناوری های جدید تصویربرداری و قابلیت هایی که توسط برنامه ریزی SLAC به لیزر الکترونی بدون اشعه ایکس فعال شده است ، می تواند به یک منطقه مهم مطالعه تبدیل شود که می تواند نگاه ما به فتوشیمی مولکول های آلی را تغییر دهد.”

MeV-UED دستگاهی از دستگاه لیزر اشعه ایکس Linac Coherent Light Source (LCLS) SLAC است. در حال حاضر ، ارتقاء به LCLS ، معروف به LCLS-II ، در سال 2022 به صورت آنلاین آغاز می شود. LCLS یک تسهیلات کاربر از دفتر علوم وزارت انرژی است.



دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *