Čeští vědci odhalili π-díru v molekulách, potvrdili tak dekády známou teorii

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

• 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
• Nová zobrazovací metoda pomůže rychleji identifikovat například rakovinné tkáně
• AMULET se zaměří na vývoj multiškálových materiálů, získal téměř půl miliardy