Группа исследователей из Испании и Германии разработала первый в своем роде алгоритм, который определяет минимальную силу, необходимую для достижения оптимальной точки разрыва связи (BBP) на молекулярном уровне, чтобы механически вызвать химическую реакцию. На этой неделе они сообщают о своих выводах в «Журнале химической физики» от AIP Publishing.Алгоритм может применяться к любой молекуле, включая биологические молекулы, такие как белки, а также неорганические молекулы. Их исследования имеют значение для множества приложений, включая молекулярные машины, механически упругие и самовосстанавливающиеся полимеры, чувствительные к нагрузкам материалы и конструкции катализаторов.
Алгоритм также можно использовать для изучения того, как внешние электрические поля могут катализировать химические реакции и управлять ими.При изучении механохимических процессов исследователи ищут механический отклик минимальной энергетической структуры молекулы реагента.
По мере увеличения внешней силы структуры с минимальной энергией и переходным состоянием на поверхности потенциальной энергии с модифицированной силой становятся идентичными, и структура, в которой это происходит, является искомой BBP.«Наша работа подчеркивает, что существует еще один набор важных точек на поверхности потенциальной энергии данной системы, а именно BBP, который необходимо учитывать при применении в механохимии», — сказал Вольфганг Куапп, соавтор paper, который добавил, что BBP — это новая концепция в механохимии.По словам Куаппа, оптимальные BBP поверхности с потенциальной энергией имеют решающее значение, поскольку они предоставляют информацию о том, как должны применяться силы растяжения для запуска химических превращений с максимально возможной эффективностью с использованием наименьшего количества силы.Связь, изгиб и кручение молекулы имеют разную жесткость.
Следовательно, определение несущей силы каркаса молекулы для прогнозирования, например, точки разрыва связи в чрезмерно растянутой молекуле, означает, что необходимо испытать различные направления внешней силы.«Наш алгоритм позволяет исследователям определить, какая часть молекулы наиболее восприимчива к механическому воздействию, и, таким образом, алгоритм является важным шагом в разработке более эффективных способов использования механической энергии для активации химических реакций», — сказал Куапп. «Важность оптимального BBP заключается в том, что он дает оптимальное направление и величину тягового усилия.
Это требует алгоритма, позволяющего легко находить эти типы точек».Алгоритм основан на траекториях Ньютона, которые происходят из математического метода вычисления нулей функции.
В случае BBP траектории Ньютона расположены вблизи реакционного пути рассматриваемой химической реакции.