Hydrogenbindinger opdaget direkte for første gang

For første gang, Det er lykkedes for forskere at studere styrken af ​​brintbindinger i et enkelt molekyle ved hjælp af et atomkraftmikroskop. Forskere fra University of Basel's Swiss Nanoscience Institute-netværk har rapporteret resultaterne i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Brint er det mest almindelige grundstof i universet og er en integreret del af næsten alle organiske forbindelser. Molekyler og sektioner af makromolekyler er forbundet med hinanden via brintatomer, en interaktion kendt som hydrogenbinding. Disse interaktioner spiller en vigtig rolle i naturen, fordi de er ansvarlige for specifikke egenskaber ved proteiner eller nukleinsyrer og, for eksempel, sørg også for, at vand har en høj kogetemperatur.

Til dato, det har ikke været muligt at udføre en spektroskopisk eller elektronmikroskopisk analyse af brint og brintbindingerne i enkelte molekyler, og undersøgelser ved hjælp af atomkraftmikroskopi har heller ikke givet nogen klare resultater.

Dr. Shigeki Kawai, fra professor Ernst Meyers team ved det schweiziske nanovidenskabsinstitut og fysikafdelingen ved universitetet i Basel, er det nu lykkedes at bruge et højopløseligt atomkraftmikroskop til at studere brintatomer i individuelle cykliske kulbrinteforbindelser.

Valg af de rigtige molekyler for et klart overblik

I tæt samarbejde med kolleger fra Japan, forskerne udvalgte forbindelser, hvis konfiguration ligner en propel. Disse propellaner arrangerer sig på en overflade på en sådan måde, at to brintatomer altid peger opad. Hvis spidsen af ​​atomkraftmikroskopet, som er funktionaliseret med kulilte, bringes tæt nok på disse brintatomer, Der dannes brintbindinger, som derefter kan undersøges.

Hydrogenbindinger er meget svagere end kemiske bindinger, men stærkere end intermolekylære van der Waals interaktioner. De målte kræfter og afstande mellem iltatomerne i spidsen af ​​atomkraftmikroskopet og propellanens brintatomer svarer meget godt til beregningerne udført af prof. Adam S. Foster fra Aalto Universitet i Finland. De viser, at interaktionen klart involverer hydrogenbindinger. Målingerne betyder, at de meget svagere van der Waals-kræfter og de stærkere ionbindinger kan udelukkes.

Med denne undersøgelse, forskerne fra University of Basel's Swiss Nanoscience Institute-netværk har åbnet op for nye måder at identificere tredimensionelle molekyler som nukleinsyrer eller polymerer via observation af brintatomer.