РЕНТГЕНОВСКИЙ ЛАЗЕР СЛЕДИТ ЗА ОБРАЗОВАНИЕМ СВЯЗИ - 2

РЕНТГЕНОВСКИЙ ЛАЗЕР СЛЕДИТ ЗА ОБРАЗОВАНИЕМ СВЯЗИ - 2

Вот новая работа, снова про применение рентгеновского лазера – рентгеновский лазер и развертка во времени рентгеновских лучей в растворе опять позволили исследователям в деталях отследить процессы, протекающие при образовании ковалентной связи – на этот раз уже в ходе химического процесса, идущего в растворе.

Новая работа представляет собой пример применения техники рассеяния рентгеновских лучей для слежения за процессом формирования связи в растворе. Использованный метод более чувствителен к тонким изменениям структуры молекул и, таким образом, более подходит для отслеживания элементарных стадий реакции, чем ИК-спектроскопия или спектроскопия в ультрафиолете и видимой области – методы, обычно применяющиеся для анализа особенностей реакций, протекающих с высокой скоростью. Результаты работы могут предоставить новую, беспрецедентно детализированную информацию о химии бимолекулярных реакций и о протекании данного процесса.

Ренгтеновское рассеяние позволяет изучить быстрые химические процессы в беспрецедентных деталях. (Рисунок из Nature 2015, DOI: 10.1038/nature14163)

Хйотчерл Айхи (Hyotcherl Ihee) из Кореи и Син-ичи Адачи (Shin-ichi Adachi) изучали осуществляющиеся за фемтосекунды изменения структуры реагентов, которые происходили при формировании нековалентного комплекса [Au(CN)^2–]₃. При возбуждении лазером комплекс формирует внешние ковалентные связи и присоединяет четвертый золотосодержащий фрагмент, образуя частицу [Au(CN)^2–]₄.

Известно, что следить за формированием новой химической связи гораздо сложнее, чем анализировать процессы, протекающие при ее разрыве – построить развертку во времени, описывающую встречу двух реагентов, труднее, чем наблюдать за разрушением одной молекулы. Ранее предпринимались попытки упрощения процесса такого исследования за счет подбора реагентов, связывающихся за счет нековалентных взаимодействий – такой подход позволял им быстро встретиться. Так, Ричард Бернштейн (Richard B. Bernstein) и Ахмед Зевейл (Ahmed H. Zewail) из Калифорнийского технологического института использовали такой подход в 1987 году для слежения за реакцией, протекающей в газовой фазе? с помощью спектроскопии с пикосекундным разрешением.

Айхи и Адачи провели похожую работу, но осуществили слежение за реакцией не в газовой фазе, а в растворе – среде более сложной для изучения сверхбыстрых динамических процессов. Для наблюдения за реакцией «в динамике» они использовали метод рассеивания рентгеновских лучей. Во время экспериментов исследователи инициировали реакцию с помощью лазерного излучения, после чего анализировали дифракционную картину добавочных рентгеновских импульсов, взаимодействовавших с реагирующими молекулами.

Во время экспериментов исследователям удалось пронаблюдать за переходом трехмерного комплекса из изогнутой в линейную конформацию, формированием и укорочением двух ковалентных связей Au–Au, а также образованием третьей связи и формированием тетрамера. Исследователи получили информацию о пространственном строении интермедиатов реакции, определив положения атомов с точностью до долей ангстрема.

Источник: Nature 2015, DOI: 10.1038/nature14163