Завися на основании напряжения, проявленного на связи между двумя атомами серы, механизм реакции, который разделяет связь, изменен. «Это было ранее неизвестно, и это особенно делает правильную интерпретацию экспериментальных данных намного более сложной, чем мысль», говорит Доминик Маркс.Связи дисульфида под напряжениемСвязи дисульфида происходят, например, в белках. Они сохраняют их в особенности структурными мерами, и также служат выключателем для биологических процессов.
Если они расположены в щелочном водном растворе, и он нагрет, следующая химическая реакция начата: ион гидроокиси (О-) нападает на связь дисульфида, создает новую связь с одним из атомов серы, и таким образом разделяет связь. Ученые называют этот механизм щелочным гидролизом в воде.Исследователи в Бохуме исследовали то, что происходит, когда зеленовато-желтая облигация также размещена под растяжимым напряжением. Они сделали компьютерное моделирование соответствующей молекулы в водном растворе и фактически надели оба конца связи. «Такие процессы mechanochemical на самом деле происходят для малочисленных сил в клетках, или они используются, чтобы переработать старую резину», объясняет Маркс.
Роль решающей водыВ моделировании этих процессов это было решающим, что роль окружающей воды была учтена правильно. Ион гидроокиси, который нападает на связь дисульфида, окружен покрытием молекул воды, которое изменяется сложным способом в ходе нападения.Обычно теоретики используют методы, которые решительно упрощают эффекты окружающей воды, чтобы уменьшить необходимое вычислительное усилие.
Чтобы моделировать процессы реалистично, однако, вода должна быть вычисленным квантом механически, точно так же, как все другие молекулы. Только тогда делает моделирование, обеспечивают правильный энергетический поток реакции в водном растворе.Огромное вычислительное усилие
Ключ для успеха был особенно обширными компьютерными моделированиями, так называемыми с начала молекулярные динамические моделирования. «Они действительно требуют огромного вычислительного усилия», объясняет Маркс. Этим управлял один из самых быстрых компьютеров Европы – IBM Синий компьютер Gene/Q «Juqueen» в Центре Супервычисления Юлиха в Научно-исследовательском центре Юлиха. Вычисления были сделаны возможными через главный проект Центра Гаусса Супервычисления.Жестокая физика, победная по тонкой химии«Хотя сложные химические процессы происходят, когда растяжимое напряжение увеличивается, что-то довольно простое происходит в максимальной силе», объясняет Доминик Маркс.
Если устойчивое напряжение – например, сила двух наноньютонов – проявлена на связи, щелочной гидролиз связи зеленовато-желтой серы больше не происходит. Вместо этого связь между одним из атомов серы и соседним атомом углерода просто ломается.
Или, поскольку Маркс подводит итог в своего рода преувеличении: «Когда сырые правила силы, жестокая физика побеждает тонкую химию».