Новости химической науки > Гидроксиметилен ускользает из энергетической ловушки

Короткоживущий карбен гидроксиметилен (H-C-OH) весьма реакционноспособен. По мнению ряда ученых, он мог играть важную роль в космохимических процессах, участвуя в образовании молекул сахаров небольшого размера.

Гидроксиметилен не может преодолеть большой энергетический барьер, необходимый для термической группировки в формальдегид. Вместо этого происходит квантово-механический туннельный переход гидроксиметилена независимо от энергии окружающей среды. (Рисунок из Nature, 2008, 453, 906)

В группе Петера Шрайнера (Peter Schreiner) из Университета Юстуса Либиха эта необычная четырехатомная молекула была получена впервые.

Международная группа исследователей получила гидроксиметилен, нагревая глиоксиловую кислоту и немедленно замораживая ее продукты разложения (включая гидроксиметилен) в аргоновой матрице при 10 К. Образование гидроксиметилена было успешно подтверждено регистрацией ИК и УФ спектров полученных продуктов и их соотнесением со спектрами, полученные с помощью квантово-химического моделирования.

Успешно заключив гидроксиметилен в окружение, практически не содержавшей термической энергии, позволившей бы карбену перегруппироваться в более термодинамически выгодный формальдегид, исследователи пошли праздновать победу. Однако, по словам Шрайнера, когда на следующий день они пришли в лабораторию, было обнаружено, что весь гидроксиметилен превратился в формальдегид. Эта перегруппировка поразила исследователей – первоначальные расчеты показывали, что в аргоновой матрице было просто недостаточно энергии для того, чтобы гидроксиметилен смог освободиться из своего заточения.

По словам Шрайнера, частица не могла преодолеть высокий энергетический барьер, а перегруппировка произошла следующим образом: принципкорпускулярно-волнового дуализма позволил одному из атомов водорода осуществить туннельный переход через энергетический барьер, перемещаясь от кислорода к углероду и образуя формальдегид. Дополнительные расчеты, учитывавшие феномен туннелирования, показали, что период полупревращения гидроксиметилена в формальдегид должен составлять около двух часов. Такое же время жизни активного карбена наблюдалось исследователями и экспериментально.

Одним из выводов исследования, по словам Шрайнера, является то, что в случае образования гидроксиметилена в космическом пространстве он не может существовать достаточно долго для формирования углеводов. Другой важный вывод заключается в том, что полученные результаты могут заставить исследователей по-новому взглянуть на процессы восстановления, а также пересмотреть некоторые положения, связанные с энергетическими барьерами реакций.

Источник: Nature, 2008, 453, 906 (DOI: 10.1038/nature07010)

метки статьи: #квантовая химия, #органическая химия, #физическая химия