Тема:

Химия 7 суток назад

Химики впервые измерили силу водородной связи

Водородная связь образуется между пропелланом (нижняя молекула) и кончиком микроскопа, на который нанесён монооксид углерода (верхняя молекула).
Иллюстрация University of Basel, Department of Physics.

Водород является наиболее распространённым элементом во Вселенной и неотъемлемой частью почти всех органических соединений. Молекулы и секции макромолекул связаны друг с другом через атомы водорода – это взаимодействие известно как водородная связь.

Водород легко образует соединения с почти всеми неметаллическими элементами из периодической таблицы. Более того, именно благодаря связям водорода с кислородом и углеродом возможно наше существование на планете. Водородные связи отвечают также за специфические свойства белков и нуклеиновых кислот. От них же зависит, к примеру, некоторые свойства воды (в частности, температура кипения).

При помощи спектроскопического и электронного микроскопического анализа исследователи пытались изучить водородные связи в отдельных молекулах, однако точные данные получить не удавалось.

И вот теперь швейцарским специалистам совместно с японскими коллегами впервые удалось исследовать атомы водорода в отдельных циклических углеводородных соединениях. В этом помог сканирующий атомно-силовой микроскоп высокого разрешения.

Исследователи выбрали соединения, конфигурация которых напоминает форму пропеллера – они называются пропелланы и представляют собой редкую группу трициклических углеводородов, лишённых третичных атомов углерода (в частности, учёные использовали тринапто[3.3.3]пропеллан (TNP) и трифлуорантено[3.3.3]пропеллан (TFAP)).

Часть атомов водорода в таких соединениях как бы "смотрит вверх". Если приблизить к таким молекулам игру микроскопа, предварительно обработанную монооксидом углерода (угарным газом), образуются водородные связи, которые можно исследовать. Игла микроскопа в данном случае будет взаимодействовать лишь с одним атомом водорода, и у учёных появится возможность рассмотреть формирование связи и измерить её силу.

Водородные связи значительно слабее химических, но сильнее, чем межмолекулярные Вандерваальсовы силы. Согласно статье, опубликованной в журнале Science Advances, максимальная сила межатомного взаимодействия между атомами водорода составляет -40 пиконьютонов (напомним, что приставка пико обозначает 10−12, то есть одну триллионную части исходной единицы).

Таким образом, международная команда специалистов открыла новый способ идентификации трёхмерных молекул. Полученные значения, как отметили авторы работы, полностью соответствует теоретическим предсказаниям и доказывает, что в формировании водородных связей не замешаны силы электростатического притяжения или какая-либо неизвестная форма ионных связей. Вероятно, при помощи новой технологии учёные смогут в новом свете увидеть строительные "кирпичики" нашей жизни, ведь именно водородные связи обеспечивают стабильную двойную структуру спиралей ДНК.

Добавим, что ранее исследователи создали молекулу углеводорода весьма необычной формы – треугольной.

 

Сегодня