Forskere slår bro over kløften mellem discipliner for bedre at forstå kemiske reaktioner

Simon Fraser University-forskere giver ny indsigt i, hvordan kemiske reaktioner kan forstås og styres. Resultaterne af deres tværfaglige tilgang er blevet offentliggjort i Physical Review Letters.

Selvom kemiske reaktioner kan være meget komplekse, følger de ofte en række elementære trin, efterhånden som de skrider frem. I deres arbejde har SFU kemi Ph.D. studerende Miranda Louwerse og fysikprofessor David Sivak fandt ud af, at information fra en reaktionskoordinat om, hvordan en reaktion skrider frem, nøjagtigt svarer til, hvor dissiperende denne koordinat er.

Deres resultater indikerer en dyb forbindelse mellem to tidligere adskilte fysikfelter – stokastisk termodynamik, som beskriver energi- og informationsændringer, og overgangsstiteori, som beskriver reaktionsmekanismer.

At opdage en forbindelse mellem disse to felter har gjort det muligt for parret at skabe en ramme til at kvantificere informationen om en reaktion indeholdt i systemdynamik, hvilket giver en fysisk forståelse af, hvad det betyder, at en bestemt dynamik er relevant for den reaktion.

Denne forståelse er særlig nyttig til at hjælpe forskere med at navigere i massive datasæt.

Forskerne bemærker, at fremskridt inden for databehandling gør det nemmere end nogensinde før at simulere komplekse systemer og kemiske reaktioner, men sammen med nyttig information kan disse simuleringer producere enorme mængder uvedkommende data. Denne ramme kan hjælpe forskere med at adskille signal fra støj, hvilket gør dem i stand til at spore præcis, hvordan en reaktion udspiller sig.

I fremtiden vil dette hjælpe forskere og ingeniører med bedre at identificere flaskehalse i produktionen af ​​kemikalier, hvilket gør det nemmere at designe interventioner, der giver mere kontrol over reaktioner.

Gennem guidet design vil de kunne opnå hurtigere og billigere produktion af kemikalier med mindre spild. Det kan også vejlede en mere grundig forståelse af, hvordan farmaceutiske lægemidler virker i kroppen, og foreslå veje til udvikling af lægemidler med mindre skadelige bivirkninger.

Denne indsigt rejser også nogle spændende muligheder for mere kommunikation mellem og mellem discipliner. Etablering af den grundlæggende ækvivalens mellem grundlæggende begreber i forskellige felter hjælper teoretikere med at anvende etableret teori fra det ene felt til det andet. Dette åbner muligheder for at tilpasse metoder til måling af energispredning for at identificere reaktionsmekanismer og kan give yderligere indsigt i fremtiden.

"Vi ledte ikke efter det her," siger Sivak. "Vi fandt det i løbet af at studere noget andet. Men det passer godt ind i vores brede forskningsområde, der forstår samspillet mellem energi, information og dynamik i biologisk funktion på molekylært niveau." + Udforsk yderligere

Tryk tilbage for at forudsige kemiske reaktioner i flere trin