Новости химической науки > Тайна молекулярных колец разгадана через 20 лет

Несмотря на то, что первые попытки определения строения димера бензола были предприняты еще два десятилетия назад – в 1993 года, все это время как экспериментаторы, так и теоретики предпринимали усилия, чтобы объяснить природу зарегистрированного спектра. Сейчас профессор Ад ван дер Авуар (Ad van der Avoird) предлагает теорию, позволяющую точно описать как относительное положение двух колец бензола в димере, а также характер их возможного движения.

Как известно, молекула бензола представляет собой плоскую молекулу, форма которой – правильный шестиугольник; две молекулы бензола могут образовать стабильный димер, в котором принципиально возможно два варианта расположения бензольных колец друг относительно друга – плоскопараллельная и ортогональная ориентация шестичленных циклов. Если же бензольные фрагменты являются частью большей по размеры молекулы и находятся в вынужденном сближении, конфигурация их взаимодействия оказывает влияние на характер упаковки молекулы, что, например, в случае белка, может повлиять на его биологическую активность.

Принципиально возможно два варианта расположения бензольных колец друг относительно друга – плоскопараллельная и ортогональная ориентация шестичленных циклов. (Рисунок из Angewandte Chemie, 2013, DOI: 10.1002/ange.201300653)

Впервые спектр димера бензола был зарегистрирован в 1993, целью этого исследования было получение более детальной информации о структуре и динамическом поведении такой систем. В результате эксперимента была зарегистрирована характеристическая картина из четырех пиков, которую никто не смог расшифровать в течение 20 лет. Пару лет назад исследователи из Берлина, Ганновера и Гамбурга воспроизвели эксперимент с более совершенным оборудованием, надеясь, но новые результаты экспериментов вместе с результатами расчетов, проведенных Авуаром, смогут прояснить ситуацию, однако задачу так и не удалось решить. Теперь с помощью новых теоретических моделей и новых экспериментальны результатов, полученных учеными из Берлина, спектральная картина была успешно расшифрована, и динамическое поведение супрамолекулярного димера бензола, наконец, получило объяснение.

Представление о том, как синхронно вращаются два бензольных кольца, привело к созданию новой теории, позволяющей объяснить структуру спектрального сигнала, впервые зафиксированного в 1993 году. (Рисунок из Angewandte Chemie, 2013, DOI: 10.1002/ange.201300653)

Ван дер Авуар (Van der Avoird) поясняет, что старую модель нельзя было назвать неправильной – ее недостатком была высокая сложность, в результате чего расчеты, основанные на той, старой модели, были слишком неточны для моделирования спектральной картины. Он подчеркивает, что существовала необходимость в сокращении базиса, которое позволило бы с помощью расчетов получить релевантные эксперименту результаты. Ключом к успеху было представление о синхронизированном вращении бензольных циклов, основой для описания молекулярной динамики системы являются силы ван дер Ваальса. Результаты исследования могут оказаться полезными для понимания того, как организуется взаимодействие между рецепторами и потенциальным лекарственным препаратом.

Источник: Angewandte Chemie, 2013, DOI: 10.1002/ange.201300653

метки статьи: #аналитическая химия, #межмолекулярные взаимодействия, #супрамолекулярная химия, #физическая химия