定量分析氫鍵強度

類別: 新奇

瑞士巴塞爾大學奈米科學研究所網路的科學家利用原子力顯微鏡,首次成功研究了單個分子中氫鍵的強度。該成果已發表在科學進展雜誌上。

氫是宇宙中最常見的元素,是幾乎所有有機化合物中的組成單元。分子和部分大分子之間通過氫原子連線,這一作用常被稱為氫鍵。這些相互作用在自然界中有重要作用,負責蛋白質或者氨基酸的特殊性質,並且還保證了水具有高沸點。

在此之前,尚無法實現對單個分子中的氫和氫鍵的光譜學或者電子顯微分析,其他利用原子力顯微鏡的研究也未曾得到明確的結果。

定量分析氫鍵強度
腺嘌呤與胸腺嘧啶。credit: 煎蛋畫師Piccolo

來自瑞士奈米科技研究所的Ernst Meyer的團隊的Shigeki Kawai博士現成功利用高解析度原子力顯微鏡研究單個環烴化合物中的氫原子。

選擇合適的分子以清楚地觀察

研究者與日本同行們密切合作,選擇了組成結構類似於螺旋槳的化合物作為研究物件。螺槳烷具有獨特的排列方式,其中兩個氫原子總是指向上方。如果原子力顯微鏡被一氧化碳官能化的尖端距離這些氫原子足夠近,就能形成氫鍵,從而被檢測到。

氫鍵比化學鍵弱得多,但又比分子間的範德華力強。測量得到的力和原子力顯微鏡尖端氧原子與螺槳烷氫原子之間的距離資料,與芬蘭阿爾託大學的Adam S. Foster教授的計算十分吻合。研究者證實作用力中顯然包含了氫鍵。根據測量結果,顯然可以排除更弱的範德華力以及更強的離子鍵。

在此研究基礎上,巴塞爾大學瑞士奈米科學研究所網路的研究者以後就可以通過觀測氫原子鑑定諸如核酸或者聚合物等三維分子。

論文原文:DOI:10.1126/sciadv.1603258

本文譯自phys,由譯者CliffBao基於創作共用協議(BY-NC)釋出。

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