Расширено понимание потока энергии в химических реакциях

Исследователи IBS из Южной Кореи расширили понимание потока энергии в химических реакциях и показали, что он может производить полезных молекулярных «пловцов». Стив Граник, директор Центра мягкой и живой материи IBS, и доктор Хуан Ван, старший научный сотрудник, сообщают вместе с 5 междисциплинарными коллегами в выпуске журнала Science от 31 июля, что обычные химические реакции ускоряют броуновскую диффузию, отправляя сигналы на большие расстояния.

Полученные данные нарушают центральную догму химии, согласно которой молекулярная диффузия и химическая реакция не связаны. По словам Граника, наблюдение того, что молекулы получают энергию в результате химической реакции, «ново и неизвестно». «Когда одно вещество превращается в другое, разрывая и образуя связи, это фактически заставляет молекулы двигаться быстрее. Как будто химические реакции возникают естественным образом».

«В настоящее время природа отлично справляется с созданием молекулярных машин, но в естественном мире ученые недостаточно хорошо понимают, как создать это свойство», — сказал Ван. «Помимо любопытства к познанию мира, мы надеемся, что на практике это может стать полезным при размышлении о преобразовании химической энергии для движения молекул в жидкостях, для наноробототехники, точной медицины и синтеза более экологически чистых материалов».

Неожиданная рябь, вызванная химическими реакциями, особенно когда они катализируются (ускоряются веществами, которые сами не потребляются), распространяется на большие расстояния. Для химиков и физиков эта работа ставит под сомнение хрестоматийный взгляд на то, что движение молекул и химическая реакция не связаны, и что реакции влияют только на близлежащие окрестности. Для инженеров эта работа демонстрирует новый мощный подход к разработке наномоторов на действительно молекулярном уровне.

Просматривая 15 органических химических реакций, исследователи изучают химические реакции, которые широко используются в органической химической, фармацевтической и материальной промышленности. Например, реакции «щелчок» помогают собрать библиотеки биомедицинских соединений для скрининга, а реакция «Граббса» используется для производства пластика. Их экономическое влияние очень велико. Оценки показывают, что большая часть всей производимой продукции требует катализа где-то в производственной последовательности.

При разработке своего проекта исследователи были вдохновлены тем, что заметили, что движение может приводиться в действие ферментами и другими молекулярными двигателями, которые преобладают в живых системах. Новаторская более ранняя работа доктора А-Ён Джи в том же исследовательском центре показала это. Но среди ученых не было единого мнения, можно ли правильно распространить эти сообщения за пределы биологии. Анализируя проблему, исследователи привели аргумент о высоком риске и высокой отдаче. Они предположили, что это явление сформирует подход к пониманию молекулярных машин в реальном мире.

Источник

Метки: молекула