• Виктор
  • Статьи
  • 1 мин. чтения

Химики из «Сколтеха» объяснили стабильность углеводородов «магией»


«Карта» стабильности углеводородов. По осям координат отмечено количество атомов в молекуле (n — углерода, m — водорода), высота столбика отражает стабильность соединений. Зеленые — непредельные углеводороды, розовые — ароматические, серые — предельные / ©https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c02098 / Автор: Cloelia Andronicus

Термин «магичность» используется для описания соединений, которые аномально стабильны по сравнению со своими «соседями» в определенном ряду классификации. Причем молекулы (или атомы) могут отличаться всего на одну-две структурные единицы: в случае с углеводородами — на один атом водорода и один атом углерода. Впервые «магическим» стали называть определенное число протонов и нейтронов (либо хотя бы одной из частиц), при котором изотопы радионуклидов неожиданно оказывались стабильными. Хотя их «родственники» с незначительно отличающимся составом ядра распадались крайне быстро. В последние годы аналогичный подход предлагается для различных наночастиц.

Команда российских ученых под руководством Артема Романовича Оганова решили проанализировать углеводороды в рамках схожей концепции. Как рассказывает один из авторов исследования Сергей Лепешкин в пресс-релизе «Сколтеха», учебник по органической химии пугает разнообразием соединений углерода и водорода. Несмотря на все достижения современной науки, доподлинно не ясно, почему одни углеводороды стабильны, а другие нет — закономерность не выявлена. А от того, насколько молекула «устойчива», зависит не только простота ее синтеза, но и распространенность в природе.

Вопреки логике, эмпирические наблюдения показывают, что стабильность углеводородов зависит не от наименьшей энергии разрыва связи в молекуле. Решающее значение имеет отношение этого показателя к таковому для «соседних» соединений — отличающихся всего на один атом углерода и один атом водорода. Исследователи из «Сколтеха» решили проанализировать широкий спектр углеводородов, чтобы выявить систему. Для этого использовался ранее разработанной группой Оганова алгоритм USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography — «Универсальный предсказатель структуры: эволюционная кристаллография»). Результаты этой работы опубликованы в рецензируемом журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

Программа моделировала связи в молекулах углеводородов и выбирала из них те, что имели самую малую энергию разрыва. Затем на конкурентной основе модели «обменивались» получившимися в результате симуляции структурами. Итогом стал ряд соединений от CH до C20H42 с наименьшими возможными энергиями разрыва связи между их структурными элементами. А после сравнения этот показатель между каждой тройкой «соседей», получилась своеобразная карта (на титульной иллюстрации). На ней хорошо видны «магические» пики, отражающие предсказанную аномальную стабильность молекулы.

Самое главное — этот результат хорошо согласуется с данными эмпирических наблюдений и экспериментов. В ходе моделирования самыми стабильными оказались соединения, которые широко распространены в природе и легко синтезируются. Наиболее многообещающим следствием работы отечественных химиков может стать обнаружение перспективных молекул, до сих пор не созданных в лаборатории либо не найденных в естественных условиях. Более того, разработанный учеными «Сколтеха» алгоритм в его новом применении можно адаптировать для других классов соединений.


Source: https://lib.zaplata.ru/nauka/himiki-iz-skolteha-obiasnili-stabilnost-yglevodorodov-magiei.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Ученые нашли способ сделать кофе вкуснее

Ученые нашли способ сделать кофе вкуснее / © Getty images / Автор: Sycophanta Duccius Кофе — один из...

В Google провели первую квантовую симуляцию химической реакции

Процессор Sycamore, при помощи которого проводились вычисления / Erik Lucero / Автор: Дмитрий Жуков Команда инженеров из Google...

Ученые предложили натуральный способ подделать вкус и запах мяса

© Yanyan Zhang et al. / Автор: Godefridus Victorinus Из предыдущих научных работ известно, что мясной вкус и...

Комета помогла создать новый способ получения кислорода на Марсе

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Для начала большинства химических реакций требуется энергия, которая обычно подводится в виде тепла....

Ученые впервые измерили теплопередачу одной молекулы

©Wikipedia / Автор: Lampronia Auxilius В процессе работы все вычислительные устройства выделяют тепло согласно закону Джоуля — Ленца....

Ученые рассмотрели возможность зарождения жизни на безводных планетах

Вид Титана, спутника Сатурна, в ближнем инфракрасном диапазоне, демонстрирующий блики на углеводородных озерах на его поверхности / ©...

Найдена причина выброса рутения в 2017 году

©Wikipedia / Автор: Visellia Orfius После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году ученые поняли, что необходимо размещать станции мониторинга...

Исследователи расшифровали внутреннюю структуру керогена

©Wikipedia / Автор: Никита Тарасов Кероген представляет собой смесь органических материалов: преимущественно это останки мертвых микробов, растений и животных,...

Кислород против наночипа: открыт новый катализатор

Дисульфид молибдена / Автор: Владимир Богданов Международному коллективу ученых из НИТУ «МИСиС», Венгерской академии наук, Университета Намюра (Бельгия)...

Ученые из Сколтеха предсказали новый сверхтвердый материал с уникальными характеристиками

Инструменты из победита /©Википедия / Автор: Ирина Мельникова Предсказанный исследователями новый борид вольфрама по своим свойствам превосходит применяемый ныне в...

В лапках жуков обнаружили смазочный материал лучше тефлона

©metrioptera, Bugguide, ISU / Автор: Никита Тарасов Тефлон — одна из самых больших удач современной химии. Благодаря своей...

Химики предложили хранить информацию в виде цветных светящихся точек

Пример записи информации. / © American Chemical Society / Автор: Андрей Чернов Современные устройства для хранения данных —...

25 тысяч бочек с ДДТ и химическими отходами обнаружили на дне океана, в 20 километрах от Лос-Анджелеса

Снятые еще в 2011 году бочки с токсичными отходами на дне моря у побережья Калифорнии / ©David Valentine,...

Химики нашли новое объяснение гомохиральности «живых» молекул

Каталитическое лигирование пептидов и хиральное усиление в пребиотических условиях / © Min Deng et al. Биологические молекулы в...

Пористые твердые кислоты превратят углекислый газ воздуха в топливо

©Exxentis / Автор: Cloelia Andronicus В последние годы химическая промышленность с все большим интересом присматривается к твердым кислотам....

Ученые собрали молекулярную «роборуку» из ДНК

Захваты NanoGripper под микроскопом / ©Zhou et al., 2023 / Автор: Александр Литвинов Молекулы ДНК состоят из четырех...

Нобелевскую премию по химии — 2021 получили ученые из Германии и США

Лист и Макмиллан / © Reuters / Автор: Milonia Larcius Нобелевский комитет Королевской академии наук в Стокгольме сообщил,...

Броня из белка: химики получили новый материал, способный остановить сверхзвуковой удар

Сверхзвуковой удар остановить непросто, но новый материал справился с этой задачей / © kent.ac.uk / Автор: Артем Фомин...

Химики нашли способ уничтожать «вечные» загрязнители

PFAS используются, в частности, в пенах для пожаротушения /© Adam Thomas, US Navy / Автор: Caristania Fabricius Пер-...

Ученые НИТУ «МИСиС» впервые в мире создали MAX-фазу с магнитными свойствами

Опытный образец MAX-фазы на основе ванадия и железа, полученный на кафедре функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС»...