Čeští vědci odhalili π-díru v molekulách, potvrdili tak dekády známou teorii
29. 08. 2023
Skvělý kousek se podařil vědcům z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, Fyzikálního ústavu AV ČR a Univerzity Palackého v Olomouci. S využitím pokročilé metody rastrovací mikroskopie pohlédli dovnitř molekuly až na strukturu elektronového obalu atomu. Experimentem přitom potvrdili – jako první na světě – nerovnoměrné rozložení elektronové hustoty v aromatických molekulách a existenci tzv. pí-díry (π-díry). Článek o výzkumu aktuálně zveřejnil vědecký časopis Nature Communications.
Vědci se při experimentech zaměřili na aromatické uhlovodíky. Antracen, benzen, naftalen a další aromatické molekuly mají takzvané pí elektrony umístěné nad a pod uhlíkovým skeletem. „Jestliže ale vodíky u aromatických molekul nahradíme skupinami, které odtahují elektrony, například halogeny, elektrony se lokalizují na periferních halogenech a nad a pod molekulou je to, co se anglicky nazývá pi-hole, tedy pí-díra,“ vysvětluje Pavel Hobza z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.
Aromatickou molekulu přirovnává k sopce s krásným vrcholem. Když sopka vybuchne, objeví se pod ní obrovský kráter, a to je ona pí-díra. Více Pavel Hobza vysvětluje v následujícím videu:
Výsledky tohoto výzkumu na submolekulární úrovni je možné přirovnat k objevu vesmírných černých děr. I s nimi totiž desítky let počítala teorie, než jejich existenci potvrdil experiment. Stejný autorský tým zaznamenal velký úspěch už s předešlým objevem, který jim v roce 2021 otiskl odborný časopis Science. V něm prokázali existenci tzv. sigma-díry (σ-díry).
„Potvrzení existence π-díry stejně jako před tím σ-díry plně dokládá, jak kvalitní jsou teoretické předpovědi kvantové chemie, které s oběma jevy počítají už celá desetiletí. Ukazuje se, že se na ně lze spolehnout i v případě, kdy chybí dostupný experiment,“ říká Pavel Hobza.
Unikátní mikroskopy
Jmenované objevy se podařily mimo jiné díky unikátní rastrovací mikroskopii, která je k dispozici v Českém institutu výzkumu a pokročilých technologií UPOL (CATRIN). „Díky našim předchozím zkušenostem s technikou silové mikroskopie s Kelvinovou sondou s funkcionalizovanými hroty jsme byli schopni naše měření zpřesnit a získat velmi kompletní soubory dat, které nám pomohly prohloubit naše znalosti nejen o tom, jak je v molekulách rozložen náboj, ale také o tom, jaké pozorovatelné údaje se touto technikou získávají,“ popisuje vedoucí vědecké skupiny z institutu CATRIN Bruno de la Torre.
Lepší znalost rozložení elektronového náboje může pomoci pochopit řadu chemických i biologických procesů. V praktické rovině se promítne do schopnosti stavět nové supramolekuly a následně ve vývoji moderních nanomateriálů s vylepšenými vlastnostmi.
Čtěte také:
Čeští vědci poprvé pozorovali sigma-díry. Potvrdili tak 30 let starou teorii
Díky novému objevu týmu Pavla Hobzy by se mohly přepisovat učebnice chemie
Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.
Foto: Shutterstock (ilustrační foto aromatických uhlovodíků)
Přečtěte si také
- Čeští vědci spolupracují na vývoji ekologických a levných solárních článků
- Nebezpečné látky obsažené v náplních elektronických cigaret poškozují plíce
- Nový vodíkový elektrolyzér ukládá energii z obnovitelných zdrojů
- Chemičkou jsem se chtěla stát už od čtrnácti let, říká Adéla Šimková
- Vědci vyvinuli novou kontrastní látku, která pomůže včas odhalit skryté nemoci
- Rostliny v sobě mají neuvěřitelné chemické bohatství, říká Tomáš Pluskal
- Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
- Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu
- Badatelé představili 3D materiály pro rekonstrukční a plastickou chirurgii
- Proč se Země a Venuše vyvinuly odlišně? Napoví mise, jíž se účastní i Češi
Biologicko-ekologické vědy
Vědecká pracoviště
- Biologické centrum AV ČR
Botanický ústav AV ČR
Ústav výzkumu globální změny AV ČR
Ústav biologie obratlovců AV ČR
Výzkum v této oblasti je zaměřen na studium vztahů jak mezi organismy a prostředím, tak i mezi jednotlivými organismy; výsledky jsou využitelné v péči o životní prostředí. Studium zahrnuje terestrické, půdní a vodní ekosystémy a systémy parazit-hostitel. Výzkum je prováděn většinou na území ČR a přispívá tak k jejímu bio-ekologickému mapování. Dlouhodobá pozorování ve vybraných lokalitách se soustřeďují na typické ekosystémy studované z hlediska geobotaniky, hydrobiologie, entomologie, půdní biologie, chemie a mikrobiologie a na problematiku eutrofizace vybraných přehrad a jezer. V oblasti botaniky je studována taxonomie vyšších a nižších rostlin, zvláště řas, s využitím v oblasti ochrany přírody. Studium molekulární a buněčné biologie, genetiky, fyziologie a patogenů rostlin a hmyzu je předpokladem pro rozvoj rostlinných biotechnologií v zemědělství a využití hmyzu jako modelu pro obecně biologický výzkum. Botanický ústav též pečuje o Průhonický park, který je významnou součástí českého přírodního a kulturního dědictví. Sekce zahrnuje 4 vědecké ústavy s přibližně 1030 zaměstnanci, z nichž je asi 380 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.