Фемтохимия

Фемтохимия - это область физической химии, которая изучает химические реакции в чрезвычайно коротких временных масштабах (примерно 10-15 секунд или одна фемтосекунда , отсюда и название), чтобы изучить сам процесс перегруппировки атомов в молекулах (реагентов) с образованием новых молекул ( продукты). В 1988 выпуске журнала Science , Ахмед Хассан Зевайл опубликовал статью , используя этот термин впервые, с указанием « в режиме реального времени фемтохимии, то есть, химия на фемтосекундный масштаб времени ...». [1] Позже в 1999 году Зеваил получил Нобелевскую премию по химии.за его новаторскую работу в этой области, показавшую, что можно увидеть, как атомы в молекуле движутся во время химической реакции, с помощью вспышек лазерного света. [2]

"> Файл: Насосно-зондовая техника в Physics.ogvВоспроизвести медиа
Насосно-зондовые методы

Применение фемтохимии в биологических исследованиях также помогло выяснить конформационную динамику структур РНК « стебель-петля» . [3] [4]

Во многих публикациях обсуждалась возможность управления химическими реакциями с помощью этого метода [ требуется разъяснение ], но это остается спорным. [5] Шаги в некоторых реакциях происходят в фемтосекундной шкале времени, а иногда и в аттосекундной шкале времени, [6] и иногда образуют промежуточные продукты . Эти промежуточные продукты реакции не всегда можно определить, наблюдая за начальным и конечным продуктами.

Самый простой и до сих пор один из наиболее распространенных методов известен как спектроскопия накачки-зондирования . В этом методе два или более оптических импульса с переменной временной задержкой между ними используются для исследования процессов, происходящих во время химической реакции. Первый импульс (насос) инициирует реакцию, разрывая связь или возбуждая один из реагентов. Затем второй импульс (зонд) используется для исследования хода реакции через определенный период времени после ее начала. По мере развития реакции отклик реагирующей системы на зондирующий импульс будет меняться. Постоянно сканируя временную задержку между импульсами накачки и зонда и наблюдая за реакцией, рабочие могут восстановить ход реакции как функцию времени.

Диссоциация брома

Фемтохимия была использована для демонстрации электронных стадий диссоциации брома с временным разрешением . [7] При диссоциации под действием лазерного импульса 400 нм электроны полностью локализуются на отдельных атомах через 140 фс, а атомы Br разделяются на 6,0 Å через 160 фс.

  1. ^ Зевайл, AH (1988-12-23). «Лазерная фемтохимия». Наука . 242 (4886): 1645–1653. DOI : 10.1126 / science.242.4886.1645 . ISSN  0036-8075 . PMID  17730575 . S2CID  220103588 .
  2. ^ Нобелевская премия по химии 1999 г. , статья на nobelprize.org
  3. ^ Кадаккужа, БМ; Zhao, L .; Ся, Т. (2009). «Конформационное распределение и сверхбыстрая базовая динамика свинца». Биохимия . 48 (22): 3807–3809. DOI : 10.1021 / bi900256q . PMID  19301929 .
  4. ^ Лу, Цзя; Kadakkuzha, Beena M .; Чжао, Лян; и другие. (2011). «Динамическое ансамблевое представление конформационного ландшафта РНК ВИЧ-1 TAR и аллостерического распознавания». Биохимия . 50 (22): 5042–5057. DOI : 10.1021 / bi200495d . PMID  21553929 .
  5. ^ «Фемтохимия: прошлое, настоящее и будущее» . AH Zewail, Pure Appl. Chem. , Vol. 72, No. 12, pp. 2219–2231, 2000.
  6. ^ Клинг, Маттиас Ф .; Враккинг, Марк Дж. Дж. (1 мая 2008 г.). «Аттосекундная электронная динамика». Ежегодный обзор физической химии . 59 (1): 463–492. Bibcode : 2008ARPC ... 59..463K . DOI : 10.1146 / annurev.physchem.59.032607.093532 . PMID  18031218 .
  7. ^ Ли, Вэнь; и другие. (23 ноября 2010 г.). «Визуализация перестройки электронов в пространстве и времени при переходе от молекулы к атомам» . PNAS . 107 (47): 20219–20222. Bibcode : 2010PNAS..10720219L . DOI : 10.1073 / pnas.1014723107 . PMC  2996685 . PMID  21059945 .

Эндрю М. Вайнер (2009). Сверхбыстрая оптика . Вайли. ISBN 978-0-471-41539-8.

  • Фемтохимия: сверхбыстрая динамика химической связи , Ахмед Зеваил, World Scientific, 1994.

  • Управление и зондирование атомов и молекул с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов , кандидатская диссертация.