Новости химической науки > Кинетический изотопный эффект для одной молекулы

Исследователям из Великобритании удалось наблюдать кинетический изотопный эффект для одной молекулы, захваченной в «нанореактор», созданный из мембраны.

Кинетический изотoпный эффект, изменение скорости химической реакции при замене в молекуле реагирующего вещества какого-либо атома его изотопом, является важным инструментом для установления механизма химической реакции, поэтому результаты новой работы могут оказаться весьма полезными для изучения химических реакций.

Исследователи наблюдали первичный кинетический изотопный эффект H–D для реакций, протекающих в их «нанореакторе». (Рисунок из Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/nchem.821)

Ранее Хаган Бейли (Hagan Bayley) из Оксфорда показал, что есть возможность получения нанореактора за счет организации белков в пределах двойного липидного слоя, аналогичного по строению клеточной мембране. Такая организация белков позволяет получить наноразмерную пору, через которую могут протекать ионы, создавая электрический ток, который может быть измерен. Такая пора может служить своего рода «штативом» для молекул, которые могут реагировать непосредственно внутри поры, таким образом, изменение строения реагирующих молекул внутри поры будет приводить к изменениям тока ионов, измеряемого в миллисекундной временной шкале.

В последней серии экспериментов исследователи получили наноразмерную пору, внутри которой размещалась тиольная группа. В пору вводили молекулу хинона, которая взаимодействовала с тиольным фрагментом, первоначально образуя метастабильный интермедиат, а затем – конечный продукт. Два протекающих процесса приводят к двум детектируемым импульсам ионного тока. Повторение эксперимента с дейтерированным хиноновым субстратом приводило к тому, что процесс протекал со значительно меньшей скоростью, поскольку для протекания реакции необходим разрыв связи C-H (или C-D) – это и есть наблюдавшийся кинетический изотопный эффект.

Наиболее важным результатом эксперимента является следующее – поскольку новая методика позволяет различать стадии образования интермедиата и продукта кинетический изотопный эффект можно наблюдать для каждого из этапов, в то время как при классическом подходе к измерению кинетических изотопных эффектов замена одного изотопа на другой влияет на измеряемую скорость химической реакции только в том случае, когда разрыв этой связи является скоростьопределяющими фактором. Возможность наблюдения кинетических изотопных эффектов для стадий, которые не являются скоростьопределяющими, позволяет говорить о методике как но новом инструменте для более детального изучения кинетических изотопных эффектов.

Бейли признает, что у предложенного им метода есть определенные ограничения, однако подчеркивает, что на настоящем этапе его работа является важным принципиальным доказательством возможностей нового подхода. Он отмечает, что поскольку область химии, связанная с изучением свойств отдельных молекул относительно нова, он и его исследовательская группа изучает, что можно, а что нельзя сделать в рамках этого подхода. Он надеется, что изучение реакций отдельных молекул позволяет получить совершенно новую информацию о протекании химических процессов.

Дэвид Волт (David Walt) специалист по химическим превращениям отдельных молекул из Университета Тафтса отмечает, что разработка оксфордских коллег выводит химию отдельных молекул на новый уровень, добавляя, что новый метод позволит сравнить измерения кинетических параметров, полученных для отдельных молекул с кинетическими закономерностями, выведенными классическим путем для компактной формы вещества.

Источник: Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/nchem.821

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #органическая химия