Главная » 2017 » Май » 18 » Водородная связь под атомно-силовым микроскопом
12:04 Водородная связь под атомно-силовым микроскопом | |
| Исследователям из Университета Базеля впервые удалось провести измерение прочности индивидуальной водородной связи с помощью атомно-силового микроскопа. Результаты их исследований опубликованы в открытом online-журнале Science Advances (издательская группа журналов Science). Водород представляет собой наиболее распространенный во Вселенной химический элемент, а также входит в наибольшее количество химических соединений (именно он, а не «элемент органической химии» углерод – дело в том, что водород присутствует за редким исключением практически во всех органических соединениях, но в состав соединений, относящихся к неорганическим, он тоже входит). В ряде случаев водород оказывается важным и для менее прочных, чем химическая связь межмолекулярных взаимодействий – он способен образовывать водородные связи. Существование водородной связи объясняет то, что вода обладает температуру кипения и плавления выше, чем у других, более тяжелых водородных соединений элементов подгруппы кислорода, за счет водородной связи происходит самоорганизация и/или распознавание друг другом «молекул жизни» – белков, нуклеиновых кислот и углеводов. До настоящего времени для определения прочности водородной связи использовали методы, которые не позволяли проводить изучение отдельной одиночной водородной связи, возникающей между двумя индивидуальными атомами. Дело в том, что спектральным химическим подходам, как правило, необходимо большое количество частиц, а способы изучения отдельных атомов и молекул – электронная и атомно-силовая микроскопия долгое время не могли дать экспериментаторам такие результаты, которые можно было бы интерпретировать однозначно.  Взгляд художника на образование водородной связи между молекулой пропеллана (внизу на картинке) и функционализированным молекулой СО зондом атомно-силового микроскопа. Измеренная прочность водородной связи и расстояние между атомом кислорода СО и атомом водорода пропеллана согласуется с результатами, полученными с помощью квантовохимических расчетов. Фото ©: University of Basel, Department of Physics Сигеки Каваи (Shigeki Kawai) и Эрнст Мейер (Ernst Meyer) из швейцарского Института исследования наносистем и физического факультета Университета Базеля стали первыми, кто смог применить атомно-силовую микроскопию высокого разрешения для изучения индивидуальных атомов водорода в составе молекулы циклического углеводорода. Для исследования были выбраны углеводороды-пропелланы, строение которых действительно напоминает пропеллер. Выбор объектов исследования был продиктован тем, что, располагаясь на поверхности, пропелланы всегда ориентируются так, что два их атома водорода всегда ориентированы вверх относительно плоскости. Это, в свою очередь приводит к тому, что при приближении к таким атомам водорода на определённое расстояние зонда атомно-силового микроскопа, функционализированного молекулой моноксида углерода, между кислородом СО и водородами пропеллана формируется водородная связь, которую можно исследовать. Водородные связи сильнее межмолекулярных взаимодействий Ван дер Ваальса, но слабее ковалентных или ионных химических связей (заметим, что изученная в работе водородная связь >C=O...H–C~ гораздо слабее более привычных для людей, освоивший базовый курс химии, водородных связей –OH…H). Измеренная экспериментально сила взаимодействия кислорода зонда атомно-силового микроскопа и водорода пропеллана хорошо согласовывались с результатами квантовохимических расчетов, выполненных профессором Адамом Фостером (Adam S. Foster) из Университета Аалто Финляндии, что позволяло говорить о взаимодействии именно как о водородной связи – при анализе взаимодействия зонда микроскопа с пропелланом менее сильные вандерваальсовские и более сильные ионные взаимодействия можно просто исключить из рассмотрения. Предполагается, что новая работа может стать полезной в применении атомно-силовой микроскопии для изучения положения атомов водорода и отдельных водородных связей в составе отдельных биомолекул – белков и нуклеиновых кислот. Источник: Shigeki Kawai, Tomohiko Nishiuchi, Takuya Kodama, Peter Spijker, Rémy Pawlak, Tobias Meier, John Tracey, Takashi Kubo, Ernst Meyer, Adam S. Foster. Direct quantitative measurement of the C═O⋅⋅⋅H–C bond by atomic force microscopy // Science Advances, 2017; 3 (5): e1603258 DOI: 10.1126/sciadv.1603258 | |
|
| |
| Всего комментариев: 0 | |