一项新的研究表明,可以用机械力故意改变化学反应和化学选择性增加——一个大的挑战。
这项研究由伊利诺伊大学香槟分校研究员杰弗里·摩尔和斯坦福大学的化学家托德Martinezz演示了如何机械外力改变原子运动操纵反应结果。这项研究结果发表在《科学》杂志上。欧洲杯线上买球
“我们认为的化学反应,在一个表面上运动的分子势能的徒步旅行者的等值线图山脉和山谷便顺着一条小径,“作者Yun Liu表示,博士后研究人员在摩尔的研究小组。“山沿着一条反应路径是一个障碍,需要遍历前分子可以陷入他们的最终产品。因此,障碍的相对高度控制的分子很可能会选择哪条道路,允许化学家预测一个特定的化学反应会产生什么——一个名为选择性的结果。”
化学家们传统上认为,分子的振动-被称为“分子动力学”是由一个势能曲面。分子变换通过化学反应寻求路径需要最少的能量。然而,证据表明,分子往往没有时间样品表面,导致偏差称为nonstatistical动态效果,研究人员说。
Nonstatistical动态效应中观察到的一些常见的如苯硝化反应和脱水反应,”刘说。“尽管这些例子,濒死经历没有完全化学家的注意,因为他们是难以衡量,不能改变反应控制的结果——化学的基本追求。”
刘实验设计开发了一个使用碳13 isotope-labeled环分子附带两个聚合物链。刘把聚合物到反应容器和应用机械力通过声波降解法、环撕裂成两个独立的团体。
“环分子可以转换为三种不同的产品被撕裂后,使它成为好的模型为研究濒死体验”刘说。“13 c标签允许我们跟踪和测量化学变化发生环,使其有别于其他成千上万的在聚合物化学键。”
刘推测与机械力的激发,原子沿特定的加热反应的方向,而不是遵循方向的势能表面。研究者命名这背离传统的化学反应的概念,一个“飞越轨迹。”
“用徒步旅行的例子中,假设相当于说,徒步旅行者就决定不按照地图,”刘说。“相反,徒步旅行者兴奋地跳上悬挂式滑翔机和山之间飞过他们的后裔。因此,分子移动的方向变得依赖他们最初的跳,而不是后来的势垒高度。”
刘执行多个实验证明的可调谐性飞越轨迹通过增加机械力,这样的反应可以不断克服障碍。理想情况下,研究人员可以把unselective反应变成一个高度选择性,产品形成探测不到任何一边。
支持实验发现,斯坦福大学研究生Soren河中沙洲收集了10000000计算几何图形的势能表面构建一个理论模型,然后提取反应的速度轨迹在机械力的存在。
“我们发现,早期的轨迹不减慢移动过去的障碍时,“刘说。
换句话说,壁垒是飞过去的,而不是超越它应该减慢化学反应速率,研究人员说。随着时间的推移,分子降温,和随后的轨迹遵循最低能量路径最初预测。
“我们的发现将使研究人员更完整的了解力可以改变化学反应的过程中提高生产效率,”摩尔说。“这是另一种工具在我们的工具箱,让我们每天使用的东西。”
美国国家科学基金会,美国陆欧洲杯线上买球军研究办公室,雷尼·Schoninger博士基金会和德意志Forschungsgemeinschaft支持这项研究。
摩尔是贝克曼研究所的主任先进科技、化学和材料科学与工程教授和高级研究中心隶属于材料研究实验室,卡尔伊利诺斯州大学医学院、欧洲杯线上买球卡尔·r·伍斯基因组生物学研究所和中心的社会和行为科学。欧洲杯足球竞彩
来源:https://illinois.edu/