Teoretikere beviser endelig, at krøllede pile fortæller sandheden om kemiske reaktioner

Seneste arbejde fra ARC Center of Excellence i Exciton Science, udgivet i Naturkommunikation i dag, bygger bro over den kulturelle kløft mellem organiske kemikere og teoretikere, som er inkarneret i "krøllepilen".

Forskerholdet ledes af UNSW Sydney professor Timothy Schmidt og omfatter UNSW Canberras Dr Terry Frankcombe og Dr Philip Kilby fra CSIRO's Data61.

Organiske kemikere bruger krøllede pile til at skildre måden kemiske reaktioner opstår og de resulterende molekylære strukturer. Teoretikere har en tendens til at tale om struktur af molekyler i form af molekylær orbital teori (bølgeteori) og sige, at krøllede pile er en fiktion. Papiret forener uensartede synspunkter om elektronisk struktur for første gang, hjælper med at forbinde teori med notation i organisk kemi.

Holdet brugte teoretisk modellering, ser på bølgefunktionerne på nye måder for at vise, hvorfor krøllede pile virker.

"Tidligere vi vidste, at krøllede pile virker, men vi vidste ikke hvorfor, " siger professor Schmidt.

Leder af Data61's optimeringsforskningsgruppe Dr Kilby, som brugte en optimeringsprocedure til at reducere beregningstiden med to størrelsesordener, siger "UNSW-forskerne var i stand til at udtænke en metode, der kan estimere den sandsynlige placering af elektroner, når en kemisk reaktion faktisk finder sted".

"Dette giver os mulighed for at modellere kemiske reaktioner på en mere detaljeret måde, end det nogensinde har været muligt før."

Denne hidtil usete metode til at udvinde elektronernes bevægelser under en kemisk reaktion er et gennembrud i at forbinde traditionelle afbildninger af kemiske mekanismer med avancerede kvantekemiske beregninger.

"Vi har vist, hvordan man kan relatere strenge beregninger til de kvalitative diagrammer af organiske kemikere, i det væsentlige viser, hvorfor de virker, " forklarer Schmidt.

Ifølge Dr. Frankcombe, "Dette værk viser, at disse klassiske, intuitive ideer om individuelle elektronbevægelser har været den rigtige måde at se på kemisk reaktivitet hele tiden, selvom de tidligere havde ringe støtte fra kvantemekanikken".