Experimentální měření potvrdila teoretické předpovědi existence π-díry. Zleva doprava: Chemická struktura zkoumané molekuly, vypočtená mapa elektrostatického potenciálu molekuly, experimentální obraz Kelvinovou sondovou mikroskopií (KPFM), simulovaný obraz (KPFM). Kredit: ÚOCHB / Tomáš Belloň

V aromatických molekulách opravdu existují pí-díry

Vědci z ÚOCHB, Fyzikálního ústavu AV ČR a z Univerzity Palackého v Olomouci znovu úspěšně odkrývají tajemství světa molekul a atomů. Experimentem potvrdili správnost dekády staré teorie, která předpokládala nerovnoměrné rozložení elektronové hustoty v aromatických molekulách. Tento jev významně ovlivňuje fyzikálně-chemické vlastnosti molekul i jejich interakce. Zmíněný výzkum rozšiřuje možnosti designování nových nanomateriálů a článek o něm aktuálně zveřejnil vědecký časopis Nature Communications.

V předchozí přelomové studii popsal stejný autorský tým v časopise Science nerovnoměrné rozložení elektronů v atomu, tzv. sigma-díru (σ-díru). Nyní výzkumníci potvrdili existenci tzv. pí-díry (π-díry). V aromatických uhlovodících najdeme aromatické elektrony v oblacích nad a pod uhlíkovým skeletem. Nahradíme-li periferní vodíky elektronegativnějšími atomy či skupinami atomů, které odtahují elektrony, změní se původně záporně nabité oblaky na kladně nabité elektronové díry.

Vědci využili pokročilou metodu rastrovací mikroskopie a dál posunuli její možnosti. Zmíněná metoda pracuje v subatomárním rozlišení, a dokáže proto zobrazit nejen atomy v molekulách, ale i strukturu elektronového obalu atomu. Jak připomíná jeden ze zainteresovaných výzkumníků Bruno de la Torre, vedoucí vědecké skupiny z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií UPOL (CATRIN), za úspěchem popsaného experimentu stojí zejména skvělé vybavení jeho domovského pracoviště a účast vynikajících doktorandů.
„Díky našim předchozím zkušenostem s technikou silové mikroskopie s Kelvinovou sondou s funkcionalizovanými hroty (KPFM) jsme byli schopni naše měření zpřesnit a získat velmi kompletní soubory dat, které nám pomohly prohloubit naše znalosti nejen o tom, jak je v molekulách rozložen náboj, ale také o tom, jaké pozorovatelné údaje se touto technikou získávají,“ popisuje Bruno de la Torre.
Moderní silová mikroskopie je doménou výzkumníků z Fyzikálního ústavu dlouhodobě. Nebývalé prostorové rozlišení naplno využili nejen v případě molekulárních struktur. Před časem potvrdili existenci nerovnoměrného rozložení elektronové hustoty kolem atomů halogenů, tzv. σ-děr. Tento úspěch zaznamenal v roce 2021 jeden z nejuznávanějších světových vědeckých časopisů, časopis Science. Na tehdejším i současném výzkumu se významně podílel i jeden z nejcitovanějších českých vědců současnosti prof. Pavel Hobza z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.
„Potvrzení existence π-díry stejně jako před tím σ-díry plně dokládá, jak kvalitní jsou teoretické předpovědi kvantové chemie, které s oběma jevy počítají už celá desetiletí. Ukazuje se, že se na ně lze spolehnout i v případě, kdy chybí dostupný experiment,“ říká Pavel Hobza.
Výsledky výzkumu českých vědců na subatomární a submolekulární úrovni je možné přirovnat k objevu vesmírných černých děr. I s nimi totiž desítky let počítala teorie, než jejich existenci potvrdil experiment. Vědeckému světu pomůže lepší znalost rozložení elektronového náboje v první řadě pochopit řadu chemických i biologických procesů. V praktické rovině se promítne do schopnosti stavět nové supramolekuly a následně ve vývoji moderních nanomateriálů s vylepšenými vlastnostmi.

Původní článek: B. Mallada, M. Ondráček, M. Lamanec, A. Gallardo, A. Jiménez-Martin, B. de la Torre, P. Hobza, P. Jelínek, Visualization of π-hole in molecules by means of Kelvin probe force microscopy. Nat Commun 14, 4954 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40593-3

tisková zpráva ÚOCHB

Vědci z ÚOCHB rozvíjejí možnosti využití RNA v genové medicíně

Buňka má několik možností, jak regulovat translaci (překlad) genů. Jedním ze způsobů je umlčet gen …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close