Впервые в истории науки ученые из швейцарского Института нанонаук и университета Базеля при помощи атомно-силового микроскопа произвели прямые измерения силы водородных связей, связей, которые объединяют в единое целое атомы и части молекул органических соединений. Водород — это самый распространенный химический элемент во Вселенной, он является неотъемлемой частью молекул практически всех органических соединений. Атомы и части этих молекул связываются друг с другом при помощи атомов водорода через взаимодействия, называемые водородными связями.
Водородные связи играют важную роль в окружающем нас мире, они ответственны за определенные свойства белков и нуклеиновых кислот, за счет этих связей, к примеру, вода имеет достаточно высокую температуру кипения. Однако, до последнего времени все попытки произвести спектроскопический или электронный микроскопический анализ водородных связей в отдельно взятых молекулах не принесли никаких результатов. Безуспешными оказались также попытки изучения водородных связей при помощи атомно-силовых микроскопов.
Доктор Шиджеки Кавай (Dr. Shigeki Kawai) из группы профессора Эрнста Мейера (Ernst Meyer) добился успеха за счет использования нового атомно-силового микроскопа с высокой разрешающей способностью и молекул определенных углеводородов, имеющих циклическую структуру. Работая совместно с их коллегами из Японии, ученые выбрали для своих экспериментов органические молекулы, имеющие форму пропеллера.
Такие молекулы, называемые пропелланами, обычно располагаются на поверхности строго определенным образом, при котором на самом верху молекулы находятся два атома водорода. Если к такой молекуле, находящейся на исследовательском столике атомно-силового микроскопа, подвести наконечник, на конце которого специально закреплена молекула угарного газа (CO), то между этой молекулой и атомами водорода исследуемой молекулы образуются водородные связи. И таким путем ученые имеют возможность не только зафиксировать факт возникновения водородной связи, но и измерить ее силу (прочность).
В результате исследований ученые выяснили, что водородные связи намного слабее обычных химических связей, но они более сильны, нежели силы межмолекулярных взаимодействий Ван-Дер-Ваальса. Измеренные значения силы водородных связей очень хорошо соответствуют значениям, полученным теоретическим путем профессором Адамом С. Фостером (Adam S. Foster) из университета Аальто, Финляндия.
И в заключение следует отметить, что технологию измерений силы водородных связей, разработанную учеными института Нанонаук Базеля, можно использовать не только для проведения фундаментальных исследований. Она, по сути, является технологией точной идентификации сложных молекул, таких как нуклеиновые кислоты и полимеры, за счет измерений сил водородных связей в этих молекулах.
Источник:
