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
- 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
- Počítačový model ucha: čeští vědci vyvinuli unikátní nástroj ke zkoumání sluchu
- Česká kosmická mise SLAVIA chce pátrat po pokladech vesmíru
- Díky novému objevu týmu Pavla Hobzy by se mohly přepisovat učebnice chemie
- Inženýrka nových proteinů. Kristýna Boušová přetváří svět buněk a molekul
Historické vědy
Vědecká pracoviště
- Archeologický ústav AV ČR, Brno
Archeologický ústav AV ČR, Praha
Historický ústav AV ČR
Masarykův ústav a Archiv AV ČR
Ústav dějin umění AV ČR
Ústav pro soudobé dějiny AV ČR
Úkolem ústavů této sekce je výzkum českých dějin v mezinárodním kontextu. Dva archeologické ústavy (v Praze a v Brně) se věnují pravěkým a středověkým dějinám Čech, resp. regionu středního Podunají od paleolitu po období Velké Moravy. Kromě tradičních metod a záchranného terénního výzkumu se rozvíjí i prostorová archeologie. Historický výzkum, který je rovněž zastoupen dvěma ústavy, se zabývá vybranými kapitolami českých dějin od raného středověku. Souhrnným rozsáhlým projektem je zde příprava Biografického slovníku českých zemí. Pro novější období a zejména pro zmapování klíčových událostí v letech 1938-45, 1948 či 1968 je důležité kritické publikování dříve nepřístupných pramenů. Do této sekce se soustřeďuje i studium dějin vědy, vědeckých institucí i významných osobností vědy. Uměnovědné bádání se soustřeďuje na dokončení mnohasvazkových Dějin českého výtvarného umění a na Topografii uměleckohistorických památek. Posláním Masarykova ústavu a Archivu AV ČR je vedle výzkumu a ochrany pramenné základny k dějinám vědy a kultury v českých zemích obecně i specifický výzkum spisů prvního prezidenta naší republiky a jejich kritické vydávání. Sekce zahrnuje 6 ústavů s přibližně 410 zaměstnanci, z nichž je asi 240 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.