Forskere afslører dynamisk kobling af stærk hydrogenbinding

Hydrogenbindinger (HB'er), de vigtigste intermolekylære interaktioner, er iboende svingende i naturen.

At belyse de dynamiske koblinger af hydrogenbindinger er fortsat udfordrende for spektroskopiske undersøgelser af bulksystemer, fordi deres vibrationssignaturer er maskeret af de kollektive virkninger af udsvinget i mange hydrogenbindinger.

For nylig, et forskerhold ledet af prof. Jiang Ling fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi og deres samarbejdspartnere identificerede vibrationssignatur for dynamisk kobling af en stærk hydrogenbinding. Undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters den 26. februar.

Undersøgelsen viste, at dynamiske koblinger stammer fra stærk Fermi-resonans mellem strækningerne af hydrogenbundet OH og flere bevægelser af opløsningsmidlet vand/methanol, såsom oversættelse, gyngende, og bøjning. Det fremhævede også en generel model for at belyse den dynamiske kobling af hydrogenbinding i atmosfæriske og biologiske systemer.

Baseret på den infrarøde spektroskopi ved hjælp af en indstillelig vakuum ultraviolet fri elektronlaser (VUV-FEL), forskergruppen afdækkede vibrationssignaturerne for de dynamiske koblinger i neutrale trimethylamin-vand- og trimethylamin-methanol-komplekser, som mikroskopiske modeller med kun en enkelt hydrogenbinding, der holder to molekyler.

Den brede progression af OH -strækningstoppe med tydelig intensitetsmodulation over ~ 700 cm ^-1 blev observeret for trimethylamin-vand, mens den dramatiske reduktion af denne progression i trimethylamin-methanol-spektret tilbød direkte eksperimentelt bevis for de dynamiske koblinger.

Kvantemekaniske beregninger afslørede, at sådanne dynamiske koblinger stammer fra stærk Fermi-resonans mellem strækningerne af hydrogenbundet OH og flere bevægelser af opløsningsmidlet vand/methanol, såsom oversættelse, gyngende, og bøjning.