分子擴散與化學反應不相關？全新發現挑戰化學中心法則

2020-08-04 科學大觀園雜誌


分子擴散與化學反應不相關？全新發現挑戰化學中心法則

新研究表明，分子運動與化學反應並非是解耦的。

《科學》雜誌7月31日刊文稱，韓國基礎科學研究院（IBS）科學家Steve Granick、高級研究人員Huan Wang博士以及5個跨學科同事聯合發現，常見化學反應可通過向溶劑傳遞遠程「漣波」，加速布朗擴散作用。這一發現違反了一個化學中心法則，即分子擴散與化學反應是不相關的。

Granick說：「分子能被化學反應賦能，這是一個全新的發現。當一種物質通過斷鍵-成鍵反應轉化為另一種物質時，實際上會使分子移動得更快。」

「在製造分子機器方面，自然界做得很好。然而科學家們對分子機器設計、製造的認識還不夠深入。除了解答自然謎題外，我們還希望這項研究能夠為化學能在分子運動、納米機器人、精準醫療和綠色材料等方面的應用研究提供參考。」 Wang博士補充說。

化學反應產生的意想不到的「漣波」，尤其是催化反應中的漣波，可以傳播很遠的距離。對於化學家和物理學家來說，這挑戰了教科書上的觀點，即分子運動和化學反應是解耦的，反應只會影響附近區域。對於工程師來說，這個新發現展示了真正意義上，在分子水平設計納米馬達的新方法。

研究人員們篩選了15個廣泛應用於有機合成、醫藥製造和材料工業的化學反應。例如，「點擊」反應可用於生物醫學化合物庫的組建與篩選，Grubbs反應可在塑料製造業發揮作用。研究人員表示，絕大多數產品在生產過程中都會涉及催化作用。Wang博士說：「前方可能還有更多未知驚喜。」

在設計實驗時，Wang等注意到，生物性運動可以由酶和其他生物分子發動機驅動。分析問題後，研究人員提出了一個高風險、高回報的想法：他們假設這種現象可用於理解現實世界中的分子機器，並開發了新的分析技術來進行驗證。

理論學家Tsvi Tlusty教授預測，反應梯度中的催化劑應該朝擴散係數較小的方向「上坡」遷移。微流體專家Cho Yoon-Kyoung教授專門設計了微流體晶片來測試這個觀點。研究人員Ruoyu Dong博士則完成了計算機數值模擬工作。研究人員認為，不同系統中擴散運動增強的幅度與能量釋放率相關。這個論點可用於預測其他反應的效果。。

Granick等的成果還能擴展研究人員對活性物質的理解。Granick總結說：「活性材料是一個新興研究領域，發展非常迅速。化學反應如同『納米泳者』，攪動了『反應湯』，這讓活性材料變得更加豐富。此外，活性物質概念可能對傳統化學形成巨大衝擊。」

原創編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：程建蘭

期刊來源：《科學》

期刊編號：0036-8075

原文連結：https://phys.org/news/2020-07-central-tenet-chemistry.html

版權聲明：本文為原創編譯，中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。

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