Ученые смогли наблюдать образование молекулы в беспрецедентных деталях

 


Исследователи из Франции, Кореи и Дании заявляют о том, что они смогли наблюдать образование молекулы йода в беспрецедентных деталях. Исследователи из группы Майкла Вульфа (Michael Wulff) заявляют, что они впервые смогли зарегистрировать изменения строения не только образующейся молекулы йода, но и изменения в структуре клетки растворителя.

Вульф отмечает, что смог снять фильм о рождении молекулы с раскадровкой в 10 пикосекунд, и этот «фильм» позволяет оценить размеры активированного комплекса и особенностей его колебаний. Тем не менее, ряд исследователей не уверен в методологии и результатах Вульфа и его коллег.

Исследователи использовали сложную математическую обработку для преобразования результатов рентгеноструктурного анализа в изображение, и именно этот тип обработки и является предметом дискуссий (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2013, DOI: 10.1021/ja312513w)

Исследователи из группы Вульфа наблюдали быструю рекомбинацию двух атомов йода, образовавшихся в результате инициируемой лазером диссоциации молекулы I2. Свободные атомы скачут в клетке растворителя как теннисные мячики, а после 1-2 пикосекунд таких колебаний они сталкиваются и молекула йода регенерирует – все это происходит за время, не превышающее десятки пикосекунд. Для изучения этой реакции исследователи направляли на раствор пучки рентгеновского излучения и измеряли положение частиц в растворе, а также картину распределения электронной плотности частиц йода и молекул растворителя, анализируя рассеивание рентгеновских лучей.

Однако продолжительность импульса лазерного излучения 100 пикосекунд, что не позволило бы наблюдать за движением атомов и молекул растворителя во всех деталях. Чтобы справиться с этой проблемой, исследователи из группы Вульфа использовали технологию «нарезания времени». Исследователи чередовали лазерные импульсы продолжительностью от 400 до 200 пикосекунд с интервалом в 10 пикосекунд между каждым импульсом, записывая на каждом таком этапе обработки около тысячи картинок рентгеновской дифракции. Затем они выделили базовую линию, которая позволяла определять изменения, обусловленные протеканием реакции, на каждом этапе. В конечном итоге они преобразовали диаграммы рентгеновского рассеивания в картинки используя серию трансформаций Фурье и развертки. Вульф отмечает, что для обработки эксперимента пришлось разработать принципиально новую математическую модель, которая впервые была использована для обработки результатов рентгеноструктурного анализа.

Полученная исследователями картина позволяет говорить о том, что на первоначальной стадии процесса наблюдаются сильные колебания атомов йода, амплитуда которых составляет 1,4 Ангстрема, при этом клетка растворителя расширяется до 1,5 Ангстрем до своего возвращения в первоначальное состояние (это состояние наступает тогда, когда амплитуда колебаний атомов йода возвращается к 0,1 Ангстрему). Вульф подчеркивает, что работа с йодом только начало, а в будущем технология может быть расширена для изучения более сложных молекул, в том числе и белков.

Кристиан Бресслер (Christian Bressler) соглашается с доводами о том, что у изучения молекулярных систем сверхбыстрым рентгеноструктурным анализом имеет большой потенциал. Однако, несмотря на то, что полученные Вульфом картины согласуются с результатами исследований с меньшим разрешением, Бресслер полагает, что необходима более точная калибровка метода математической обработки диаграмм рассеивания, предлагая Вульфу опубликовать не только заключительные результаты исследования, но и исходные данные, не подвергшиеся обработке. Бресслер подчеркивает, что изученная система очень хорошо изучена и может выступать в качестве инструмента для калибровки нового аналитического метода.

По материалам  J. Am. Chem. Soc., 2013, DOI: 10.1021/ja312513w

Источник: ChemPort.ru