हाइड्रोजन बांड की पहली छवियां

आणविक संरचना को घूरना रसायनज्ञ क्या करते हैं। ऐसी तकनीक जो उन्हें बेहतर करने की अनुमति देती है, इस क्षेत्र पर एक बड़ा प्रभाव पड़ेगा। उदाहरण के लिए, चीन के वैज्ञानिकों ने परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) का उपयोग करके हाइड्रोजन बांड के पहले दृश्य पर सूचना दी।


मई में, फेलिक्स फिशर और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में बर्कले के सहयोगियों ने रासायनिक परिवर्तन से पहले और बाद में अणुओं को पकड़ने के लिए AFM का उपयोग किया। ये अद्भुत चित्र चक्रीयकरण प्रतिक्रिया में सहसंयोजक बंधों के निर्माण को दर्शाते हैं।



सबसे हाल ही में आणविक विज़ुअलाइज़ेशन अध्ययन में, Xiaohui Qiu और नेशनल सेंटर फॉर नैनोसाइंस एंड टेक्नोलॉजी, चीन के सहयोगियों ने एक कदम और बढ़ाया। उन्होंने उसी गैर-संपर्क एएफएम का उपयोग फिशर के रूप में किया, लेकिन इसके साथ सहसंयोजक बंधन को देखने के बजाय, उन्होंने कमजोर बातचीत को देखने के लिए इसे अपनाया।

AFM को दो मोड में इस्तेमाल किया जा सकता है। संपर्क मोड में, सिलिकॉन या सिलिकॉन नाइट्राइड से बने ब्रैकट की नोक नमूना की सतह के साथ चलती है। सतह पर प्रतिकारक बल के कारण विचलन संसाधित होता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह छवि होती है। गैर-संपर्क मोड में, ब्रैकट नमूना की सतह के ऊपर एक गुंजयमान आवृत्ति के साथ दोलन करता है। कमजोर वैन डेर वाल्स बल ब्रैकट के गुंजयमान आवृत्ति को कम करते हैं। आवृत्ति में यह परिवर्तन एक परमाणु सटीक छवि बनाने के लिए संसाधित किया जा सकता है।

हाइड्रोजन बांड प्रकृति में सबसे महत्वपूर्ण अणुओं के लिए मौलिक हैं। ये बंधन डीएनए के दो स्ट्रैंड डबल हेलिक्स को जोड़ने के लिए जिम्मेदार हैं और कई एंजाइम इनका उपयोग कर उत्प्रेरक के रूप में काम करते हैं। ये इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड तब होते हैं जब एक अत्यधिक इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु से बंधे हाइड्रोजन एक अन्य नकारात्मक चार्ज परमाणु के साथ बातचीत करते हैं।

अपनी सर्वव्यापकता के बावजूद, किउ कहते हैं, "हाइड्रोजन बांड की प्रकृति पर अभी भी बहस चल रही है।" यह लंबे समय से माना जाता है कि यह बंधन एक इलेक्ट्रोस्टैटिक बातचीत है, लेकिन हाल ही में यह सुझाव दिया गया है कि इसमें एक रासायनिक बंधन की विशेषताएं हैं, जैसा कि एक्स-रे विवर्तन प्रयोगों द्वारा दिखाया गया है।

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किउ ने 8-हाइड्रॉक्सीक्विनोलीन (8hq) का अध्ययन करने के लिए चुना, क्योंकि यह अणु प्लेनर है, संरचना के विमान के बाहर एक हाइड्रोजन बंधन के अपवाद के साथ, जो इसकी दृश्यता में सुधार कर सकता है। हालांकि, उन्हें यकीन नहीं था कि इस हाइड्रोजन बॉन्ड से विपरीत अवलोकन के लिए पर्याप्त मजबूत होगा। "हम इन कमजोर बांडों के आसपास के क्षेत्र में बहुत कम इलेक्ट्रॉन घनत्व के कारण हमारे AFM में 8hq अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड को देखने की उम्मीद नहीं करते थे," वे कहते हैं।

कई वर्षों के लिए, पुरानी माइक्रोस्कोपी विधि, स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी (एसटीएम), एएफएम की तुलना में अधिक रिज़ॉल्यूशन है। 2011 में, वैज्ञानिकों ने एसटीएम को घनत्व के कार्यात्मक सिद्धांत के साथ मिलाया, जो कि मिथक के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड के माध्यम से गठित हेक्सामर्स की कल्पना करता है, जो कि एक सोने की सतह पर adsorbed है, जो कि खराब संकल्प के साथ है। लेकिन 2009 में, आईबीएम के लियो ग्रॉस ने एक ऐसी तकनीक बनाई, जो आपको AFM में कैंटिलीवर की नोक पर एक कार्बन मोनोऑक्साइड अणु संलग्न करने की अनुमति देती है, जिससे विधि के संकल्प में काफी सुधार हुआ । एक नए अध्ययन में इस तकनीक का इस्तेमाल किया गया, जिससे ग्रॉस काफी प्रभावित हुए। "बहुत रचनात्मक कार्य," वे कहते हैं।

परिणाम केवल पुष्टि करते हैं कि एएफएम का उपयोग हाइड्रोजन बांड की प्रकृति का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। उन्होंने अभी तक इन संबंधों की प्रकृति पर चर्चा को आगे नहीं बढ़ाया है। "हाइड्रोजन बॉन्ड का प्रत्यक्ष अवलोकन उस अवधारणा के साथ अच्छा समझौता है जो हम सभी को स्कूल में पढ़ाया जाता है: एक इलेक्ट्रोपोसिटिव हाइड्रोजन परमाणु दो इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणुओं एक्स और वाई को जोड़ता है, जिसे हम एक्स - एच · केलारस वाइज़ के रूप में दर्शाते हैं," क्यूई कहते हैं। "समस्या अब यह समझना बेहतर है कि इन हाइड्रोजन बांडों में विपरीत का क्या कारण है," सकल कहते हैं।

किउ उम्मीद करता है कि जिस तरह केमिस्ट हर दिन अणुओं का अध्ययन करने के लिए एनएमआर और मास स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करते हैं, वे भी एएफएम का उपयोग करेंगे। सकल इसे और अधिक संदेह से देखता है, क्योंकि नमूना तैयार करना जटिल है और योग्य कर्मियों की आवश्यकता इस पद्धति को कम आकर्षक बनाती है। लेकिन अगर इन प्रतिबंधों को हटा दिया जाता है, तो कुछ रसायनज्ञ उन अणुओं को देखने का मौका चूक जाएंगे जिन्हें वे हर दिन हेरफेर करते हैं।

जर्नल ऑफ साइंस: जे झांग एट अल, साइंस, 2013। डीओआई: 10.1126 / विज्ञान ।.1242603