调用将量子隧道效应当试图理解的反应

当化学家谈论驱使他们的反应,他们倾向于提及反应速率,原子运动和能量壁垒。然而,一些研究人员声称应该更多的关注在有机反应往往不被注意的现象:量子隧道效应。

作为有机化学家,我们正在训练忽略量子隧道效应,”说彼得的妇女不同,一个大学的有机化学家吉森,德国。他认为,承认量子现象将导致更好地了解是什么让化学反应工作。¹一旦化学家学会如何控制隧道的打开门宇宙更大的分子可以生成物种通过传统手段无法访问”,称激动地说。

我们只是学习如何控制隧道的

彼得称吉森大学

化学家们忽略了隧道的原因是他们认为这仅仅是重要的在低温下——但大多数反应是在室温下,“计算化学家说东印度缎木达塔来自印度的培养科学协会。在室温下,大多数粒子有足够的精力去复习的障碍。

在每一个化学反应,反应物和生成物之间是什么是一个能量势垒。热能反应粒子拥有越多,他们通常变得越容易跳在这个障碍。但隧道粒子——电子、氢或在某些情况下更重的原子或碎片,有时可以完全跳过能量势垒。在一个简化的类比,粒子可以被认为是减少直接通过能量势垒的像一个隧道穿过一座山。然而,这并没有告诉整个故事。量子物体像原子不遵守宏观规则——它们是波粒子以及隧道是这个波动行为的自然结果。大多数海浪偏转时撞上一堵墙。但量子波概率振幅-一个解释的可能性有多大对象在某个地方——内部修改,但不会成为零和背后的一个障碍。

通常,它是简单的反应像分子内质子转移的隧道很容易被忽视。看这个的传统方式(质子转移)是完全错误的,”说巴里·卡彭特英国卡迪夫大学,研究反应机制。因为几乎所有有机化学家会认为如果你看着一个质子移动从一个地方到另一个分子,反应坐标的显示必须与质子是如何在太空中定位。原来那不是真的。相反,反应途径是由溶剂分子的运动,需要重新安排产品。²质子隧道瞬间。

生命总是会找到一种方式

即使生命系统是一个丰富的反应,利用量子现象。Judith Klinman酶催化,加州大学伯克利分校,首次提出在1980年代末,酶加速反应速率通过促进质子隧道。³碳氢键活化的酶,据她估计,大约三分之一通过隧道机制。

它到底是什么使酶如此擅长鼓励隧道,Klinman和他的同事们才刚刚开始瓦解。⁴蛋白质支架是促进供体和受体之间的密切的方法并不是在一个静态方法,“Klinman解释道。这就是为什么蛋白质运动和大尺寸对于真正至关重要的蛋白质的催化率高加速度。

但可能需要改变思维,直到化学家可以使用这些概念来设计人工蛋白质一样好,或者更好,比真实的东西。的主要化学坐标是如何激活环境让电子或氢从一侧的(能量)障碍,“Klinman说。‘这就是学生应该在学校学习,这是教科书应该说些什么。我认为这是一个巨大的差距,因为它不是首选的思考方式反应。”

但塞巴斯蒂安Kozuch、研究催化机制在内盖夫的本-古里安大学、以色列,认为化学家不会失去任何东西,没有特别寻找隧道“因为它是这样一种罕见的过程”。在大多数情况下,这不会发生,或者如果它发生,它不是真的那么重要,”他说。但在少数情况下发生它打开很多的可能性,特别是在低温下。

很显然,一个可以做相当不错的假设的事情在很多情况下,经典激活“同意木匠。但任何时候,你相信有一个速度决定质子转移,那么你肯定要怀疑隧道实际上是控制发生了什么。虽然重粒子,如整个trifluoromethyl集团隧道,可以在一定条件下,能量势垒跳过通常局限于电子和氢原子。

我没有期待

但是发现如果隧道发生常常并不直接。自从量子现象不需要热能,隧道温度的反应应该是独立的。然而在实践中,在宽温度范围内测量反应率往往是困难的,因为状态改变,如溶剂冻结,造成结果不准确。

这不应阻止化学家进一步探索量子隧道效应。妇女不同解释说,隧道可以控制反应的结果,你可以得到一个产品非常不同于一个你一直期待的。他已经开始访问特定隧道路径调整反应。

从长远来看,我认为将会有催化剂使用隧道”

以色列内盖夫的本-古里安大学塞巴斯蒂安Kozuch

在他们最近的工作、电光和同事丹尼斯Gerbig做了一个独特的“隧道产品”光驱动nitrobenzaldehyde重排。⁵反应通常产生一个nitrosobenzoic酸,但冷却反应3 k (-270°C)给出了一个isoxazolone作为唯一的产品通过氢隧道机制。我们只是学习如何控制隧道,“电光说。“我们要用几年真的控制。

隧道甚至可能有其他比有机和有机化学领域的影响。的一个重要和非常新的领域隧道是锂离子电池,”达塔说。只是略微比氢重,可以隧道——这一过程可以影响锂电池运行速度下降。

现在我们不知道几乎所有的隧道反应是有用的在实践中,“Kozuch说。但从长远来看,我认为将会有使用隧道的催化剂。我相信氢隧道有一个非常光明的未来。”