Le reazioni chimiche sono comunemente descritte come transizioni dai reagenti ai prodotti. Tuttavia, tali reazioni coinvolgono molte molecole e le singole molecole stesse subiscono cambiamenti strutturali frequenti mentre si trasformano da reagenti in prodotti.
Anche nelle reazioni chimiche più semplici, i cambiamenti effettivi osservabili che si verificano durante la reazione sono molto più rapidi e molto più complessi di quanto si possa osservare con qualsiasi tecnologia esistente, simile a come gli oggetti in rapido movimento appaiono sfocati nelle foto scattate con una bassa velocità dell'otturatore. .
Un gruppo di ricerca in Giappone, guidato dal professor Tamiki Komatsuzaki presso l'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (ICReDD), Università di Hokkaido, ha sviluppato un quadro che descrive accuratamente come appaiono le reazioni del primo ordine a seconda dell'intervallo di tempo utilizzato per misurare la reazione . Il loro lavoro è stato descritto nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences .
"Durante una reazione, gli atomi dei reagenti e dei prodotti subiscono una serie di riarrangiamenti strutturali, o isomerizzazione, fino al completamento della reazione", spiega Tamiki. "La velocità con cui si verificano queste isomerizzazioni significa che in genere otteniamo solo una comprensione semplificata del processo in ogni dato punto, attraverso un processo chiamato grana grossa."
Yutaka Nagahata, primo autore dello studio, afferma:"Abbiamo formulato un processo di grana grossa che soddisfa le condizioni di 'aggregazione esatta':l'esatta corrispondenza di una versione semplificata di un'equazione con la sua controparte dettagliata originale, una teoria proposta oltre mezzo secolo fa, concentrandosi sugli intervalli di osservazione, che possono essere considerati come la "velocità dell'otturatore" di un'osservazione scientifica.
"Per adottare questa corrispondenza, abbiamo formulato un criterio per l'indistinguibilità del comportamento statistico delle forme molecolari stabili (isomeri) in funzione della 'velocità dell'otturatore' di osservazione."
Il team ha identificato gli intervalli di osservazione chiave in cui diverse forme molecolari "si confondono" e il sistema sembra diventare più semplice. Hanno creato un "diagramma sistematico" che mostra come il processo di reazione appare sempre più semplificato man mano che l'intervallo di osservazione aumenta, fino ad apparire come un processo in una sola fase (i reagenti si trasformano direttamente in prodotti) a lunghi intervalli di osservazione.
Utilizzando questo "diagramma sistematico", è possibile determinare immediatamente gruppi indistinguibili e ottenere l'equazione del tasso sui gruppi applicando la concentrazione esatta sviluppata.
"Nello sviluppo della grana grossa esatta, abbiamo fatto un salto di qualità rispetto alle attuali teorie di approssimazione, che presentano molte omissioni che le rendono piuttosto imprecise", afferma il professor Mikito Toda della Graduate School of Information Science, Università di Hyogo, e coautore dello studio. studiare.
Il team ha utilizzato la reazione di riarrangiamento di Claisen dell'allilviniletere per dimostrare che l'esatta grana grossa potrebbe spiegare tutti i possibili percorsi di reazione. Il lavoro futuro si concentrerà sull’estensione di questo studio ad altre reazioni del primo ordine. In definitiva, i ricercatori sperano che il loro lavoro possa fornire un supporto matematico alla teoria dello stato di transizione.
Ulteriori informazioni: Komatsuzaki, Tamiki, Una rappresentazione comprensiva delle gerarchie di scala temporale nella rete di reazione del primo ordine, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2024). DOI:10.1073/pnas.2317781121
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
Fornito dall'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (ICReDD)
