2014年3月13日
犹他大学化学家发现化学键的振动可以用来预测化学反应,从而设计出更好的催化剂反应速度,使药物、工业产品和新材料。亚博网站下载
犹他大学化学家马特西格曼和阿娜特米洛在《自然》杂志上的一项研究显示如何在化学键振动可以用来改善预测化学物质会如何反应,这种方法可以用来设计更好的催化剂用于加速反应用于制造新材料、药物和工业产品。亚博网站下载(来源:李j·西格尔,犹他大学)。
“振动本身并不足够,但与其他经典组合技术在物理有机化学,我们能够预测可能发生的反应,“化学马特西格曼教授说,这项研究的资深作者,3月13日出版的《自然》杂志上。
“这应该是适用于广泛的反应。它简化了设计分子用于新药的过程,工业化学品和新材料”。亚博网站下载
催化剂的化学物质反应速度之间的其他化学物质在不改变催化剂本身。
博士后研究员阿娜特米洛,这项研究的第一作者说,使用新方法”可以帮助反应副产物较少的设计和更少的浪费,和反应将更有效。我们能够直接形成产品我们想要的。”
她和西格曼与伊丽莎白贝丝进行这项研究,化学的犹他大学博士生。这项研究是由美国国家科学基金会资助。亚博老虎机网登录
闪亮的红外线债券振动
在分子化学键束缚原子聚集在一起。但债券不是静态的。他们振动。这些振动反映分子中原子之间的距离的变化。例如,在水(H2O)唯一氧原子被绑定到两个氢原子,和两个债券不断的长度变化。
“你可以把它像春天,”西格曼说。“你把两个不同重量的春天,和弹簧振动一旦你把能量”推或拉。在化学反应中,能量与热量增加,光或电。
我们与我们的眼睛无法看到这些振动,但这弯曲和伸展的化学键可以看到如果红外光反射分子,称为红外光谱的方法。
“这方法是眼睛的延伸:波长我们的眼睛无法检测,我们使用一个仪器来检测,“米洛说。
红外线激光瞄准一个样本的化学气体,液体或固体,某些波长的光线被吸收了。吸收光的波长透露目标分子的化学键振动,进而讲述分子中原子的类型和位置,债券的种类和强度在原子和分子的对称性,米洛说。
“这是一个重要的结构识别技术在分子识别的各种债券,”西格曼说。
红外光谱法是一种行之有效的方法和几十年的可预测的结果。所以现在可以在计算机和模拟得出反映真实实验的结果。西格曼,米洛和贝丝这种模拟执行在他们的研究中使用大学高性能计算中心。
“我们花了几个已知分子键的振动,我们用这些分子相互之间的关系来建立数学模型的相对债券在不同的分子振动之间的关系,”西格曼说。“然后,我们建立了一个数学这些分子之间的关系,为我们提供了能够预测其他分子会根据他们特定的振动反应。”
展示工作的方法,研究人员执行三个案例研究,每一个场景的不同的类化学物质相互反应。他们利用电脑模拟来预测反应的结果,然后通过实验验证在实验室用真正的化学反应。
一个案例研究涉及的化学物质称为双酚与乙酸酐反应。一个小的蛋白质称为肽作为催化剂的反应速度。
化学家模拟键振动预测是否在不同的双酚与乙酸酐反应催化剂时,产生的分子将“左”或“右撇子”——一个叫做手性化学性质。
手性是很重要的,因为当我们吃一种食物或药物,它必须有正确的“手性”或手性”本质上与体内分子握手”,做应该做的事,米洛说。例如,一个右撇子药物分子可以工作,而左撇子版本的药可能不相同。
“我们设法准确地预测分子的构型”95%的时间通过分析债券振动,米洛补充道。
第二案例研究和第一个类似,但涉及预测“偏手性”的化学物质,当催化剂用于双碳碳键转换为单一碳碳键的化学名叫diarylalkene。
在第三个案例研究中,化学家使用方法预测催化剂反应是否一方或另一方的两个碳碳键,两个碳原子连接两个债券,而不是一个——所谓见鬼的反应,这是常用的药品。
“这就像一个冠军,”西格曼说。
真实的反应
新方法被用于实际的目的如何?
“计算红外振动您所感兴趣的特定类分子反应,”西格曼说。“你把这些分子,你运行的反应和结果。”
“然后你把红外振动你认为是重要的,并确定这些振动和反应的结果之间的关系,”他补充道。“由此产生的数学方程允许你做出新的预测班上其他化学物质会如何反应。”
西格曼是与大型制药公司合作,利用新技术来提高药品生产的化学反应。
“假设你想合成一个分子,”他说。“你有各种方法尝试,但你不知道哪一个会工作。我们的方法可以预测如果试剂的特定化学物质相互反应,将期望的结果。”
米洛补充说,这项新技术”能够提供预测,与传统化学方法是不可能的。”
例如,化学家可以同时检查“立体”和电子效应反应——西格曼说,现在必须单独完成。空间效应是分子中的原子的大小和形状如何影响化学反应是如何工作的。电子效应涉及如何共享电子在原子内的分子。
西格曼表示,重要的是,新方法可以观察两种类型的影响”,因为大多数现代反应涉及属性。”
来源:http://www.utah.edu