超亮的x射线胶片的分子反应

一个团队工作在加州的斯坦福线性对撞机(线性)声称有了“第一个分子电影”使用超高速x射线散射从分子进行化学反应。他们说这个实验,由于量子化学模拟,使他们能够找出哪些反应路径的过程需要许多可用的。

看反应展开,迈克尔Minitti在线性,彼得•韦伯在罗德岛的布朗大学,和他们的同事们使用了超亮的,脉冲x射线产生的自由电子激光在线性的。这些来源现在可以产生x射线脉冲强度足以遵循这样的化学反应实时通过分析散射分子的运动。以前线性的研究人员了过渡状态的形成使用这种技术。

Minitti和他的同事们选择的开环1,3-cyclohexadiene形成线性1、3、5-hexatriene。这是典型的electrocyclic反应中,共轭重排成键电子使或打破一个循环分子。这些过程特性在一个广泛的有机反应合成化学家们有用。在这种特殊情况下的光化学反应,由紫外线引起的。

看它发生,研究人员使用一个典型的“pump-probe”方法。开环启动后的蒸汽爆炸的环己二烯紫外激光(泵脉冲),他们发射一系列的x射线探测器脉冲进入反应室,每个持久30飞秒(10^-15年和包含大约一万亿x射线光子。分子的形状的变化反映在环打开,逐步的散射x射线模式。

路径预测

一个团队领导的理论家亚当Kirrander英国爱丁堡大学的谁最近提议使用自由电子激光研究实时电子的运动吗,产生的数据工作。团队计算100环己二烯分子的似是而非的轨迹成为hexatriene和比较预测的散射资料与实验测量在140飞秒的反应时间。四个主要轨迹是需要很好的搭配。这些表明,碳碳键的环首先扩大photo-excited时,然后在破发点移动原子分子的平面,立体化学,观察到著名的伍德沃—霍夫曼定律描述电子轨道的重组在这样一个反应。

而反应所得一般根据图片已经接受,Kirrander说实验揭示出了新的微妙。我们同时观察多个反应路径,证明它是一个简化的反应,继续沿着一个反应路径,”他说。

本研究可以作为基准和跳板对于较大的分子,“Minitti说。虽然气态反应是容易理解和模型,使他们理想的测试用例,研究人员说,这种方法应该为凝相工作,为基础的解决方案过程往往是最感兴趣的化学家。“超快的x射线散射可能是其中一个最强大的,如果不是最强大的,技术研究凝聚相中的化学反应,“Kirrander说。

这工作是一个非常重要的提前使用x射线在以下化学反应动力学,”说R J米勒德维恩马克斯-普朗克研究所的物质的结构和动力学在汉堡。“我从来没想过有可能做气相的反应动力学与x射线散射截面很小。

不是城里唯一的游戏

但他警告说,这并不是唯一的方法在这类信息:电子散射已经使用多年。与x射线的超亮的电子来源是竞争非常激烈的自由电子激光的这类实验,”米勒说。“大量的电子的散射研究取得了sub-picosecond原子运动的时间分辨率。

Kirrander认为x射线可以给更多的时间分辨率,因为他们不相互排斥,所以可以包装非常密集成超短脉冲。另一方面,电子,可以有更短的波长量子,给更好的空间分辨率,米勒说:x射线不能直接揭示了原子运动。

Jochen Kupper自由电子激光中心的科学,也在汉堡,同意,质疑匹配数据与计算真的可以认为是相当于“分子电影”。他说,应该需要时间实验测量原子的位置,或债券的长度和角度的。