Новости химической науки > Как реагируют разные конформеры?

Физхимики из Германии и Швейцарии скомбинировали два различных способа для исследования реакционной способности различных конформеров и обнаружили реакцию, которая протекала на 50% быстрее для одного конформера, чем для другого. В то время как общий механизм этой реакции понятен, то, как это точно работает на молекулярном уровне, все еще является предметом дальнейшего исследования.

Конформеры (поворотные изомеры) - это стереоизомерные структуры, находящиеся в подвижном равновесии и способные к взаимопревращению путем вращения вокруг простых связей. Для 3-аминофенола, OH группа может вращаться, таким образом, что атом водорода ориентирован в одном из двух разных направлений. Эти две конфигурации имеют два различных дипольных момента, и команда европейских исследователей продемонстрировала что величины этих дипольных моментов позволяют одному конформеру реагировать в полтора раза быстрее, чем другой.

Способ, который можно назвать и наукой и искусством, позволяет разделить два конформера и контролировать скорость их реакции с Кулоновским кристаллом (Рисунок из Science, 2013, 342, 98 (DOI: 10.1126/science.1245010))

Хорошо известно, что различные конформеры могут реагировать по-разному, но до сих пор химики вынуждены были применять объемные группы, чтобы закреплять молекулы в определенном конформационном состоянии, что позволяет управлять реакционной способностью молекул. Стефан Виллитш (Stefan Willitsch) из Базельского университета объясняет, что настоящие механизмы реакции разных конформеров как таковые не были доказаны.

В попытке заполнить этот пробел Виллитш присоединился к группе Йохана Купера (Jochen Küpper) из Национального исследовательского центра в Германии «Немецкий электронный синхротрон». Разработанный учеными способ впервые позволяет разделить различные конформеры, используя электрическое поле перед бомбардировки индивидуальными конформерами кристалла, содержащего ионы кальция, охлажденному до состояния близкому к абсолютному нулю – Кулоновского кристалла. Исследователи смогли наблюдать за тем, как ион кальция реагирует с 3-аминофенолом и определить кинетические закономерности этой реакции. Исследователи обнаружили, что цис-3-аминофенол реагирует в полтора раза быстрее, чем транс-3-аминофенол.

Виллитш поясняет, что полученный результат не был неожиданностью. Виллитш рассказывает, что исследовательская группа проработала учебники органической химии с целью обнаружения простой реакции, которая могла бы использоваться для проверки их новой методики. Ожидалось, что для тестовой реакции длительный электростатический эффект двух конформеров, имеющих различные дипольные моменты, будет играть главную роль. Теперь, доказав, что новый подход работает, исследователи могут изучать различные кинетические закономерности, проявляющиеся для различных конформеров.

По мнению Джереми Хатсона (Jeremy Hutson), работающего в области низкотемпературной химии в Даремском университете в Великобритании, работа исследователей является выдающимся сочетанием двух современных методов. Несмотря на то, что применявшиеся способы имеют отношение к низкотемпературной химии, наблюдавшийся эффект как таковой не является низкотемпературным методом. Виллитш соглашается, что проведенный с его участием эксперимент можно рассматривать как ударный по отношению к пучкам молекул, выстреливаемым к холодному Кулоновскому кристаллу.

Для физхимиков более привычной является работа с атомами и двухатомными молекулами. Наблюдение же за реакциями 3-аминофенола является впечатляющим началом. На самом деле Хатсон считает работу исследователей очень интересной из-за того, что эта методика может использоваться для изучения свойств исключительно больших молекул. Однако, по мнению Виллитш, это лишь только начало.

Источник: Science, 2013, 342, 98 (DOI: 10.1126/science.1245010)

метки статьи: #кинетика и катализ, #природа химической связи, #реакционноспособные частицы