研究人員觀察到價電子分布。圖片來源:日本理化學研究所
日本名古屋大學科學家領導的團隊通過實驗,成功觀察了有機分子最外層電子(價電子)的分布情況。由于原子之間的相互作用由價電子控制,這一成果揭示了化學鍵的基本性質,有望促進藥學和化學工程等領域的發(fā)展。相關論文發(fā)表于最新一期《美國化學學會雜志》。
原子內電子的行為非常復雜,內層電子稱為核心電子,不與其他原子相互作用,主要作用是穩(wěn)定原子自身;而外層電子決定了材料的大部分性質。鑒于此,了解材料的性質需要獲取其價電子的信息。此前人們很難通過實驗單獨分離出價電子信息,只能依靠理論模型和光譜學進行估計。
在最新研究中,通過在日本大型同步輻射光源SPring-8進行的同步加速器X射線衍射實驗,團隊觀察了甘氨酸分子的價電子狀態(tài)。
團隊觀察到的電子云并非預測的平滑形狀,而是處于破碎離散狀態(tài)。這種電子云分布證明了電子的量子力學性質。他們隨后借助先進的量子化學計算,證實了實驗結果和理論預測完美匹配。
在此基礎上,團隊對更復雜的胞苷分子進行了類似的實驗和計算。他們成功提取了碳雙鍵中的電子,并清楚地觀察到碳-碳和碳-氮鍵之間的差異。
這項研究使直接可視化化學鍵成為可能,有助于設計出新型功能材料,更深入地理解各種反應機制。此外,研究還有助解釋藥物效果之間的差異。
(記者劉霞)
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