Относительная распространенность различных углеводородов объяснена их «магичностью»
22 августа 2022 г.
Сотрудники лаборатории кристаллохимии ГЕОХИ РАН установили, почему одни углеводороды можно встретить в природе в большом количестве и легко синтезировать, а другие – нет. Для этого ученые воспользовались критерием «магичности» молекул – их стабильности по отношению к наиболее близким по составу соединениям. Статья с результатами исследования опубликована в The Journal of Physical Chemistry Letters.
Такой инновационный подход позволил создать карту стабильности, которая согласуется с экспериментальными наблюдениями и предсказывает новые потенциально синтезируемые молекулы.
Углеводороды – один из основных классов органических молекул, которых существует огромное множество. При этом какие-то из них встречаются чаще и легко синтезируются в эксперименте, другие практически невозможно получить, не прибегая к особым ухищрениям. Почему так происходит – не до конца понятно, поскольку до сих пор у ученых не было единого теоретического обоснования стабильности углеводородов.
В своем исследовании ученые рассмотрели химию углеводородов с теоретической точки зрения, опираясь на значения энергий для различных соединений. При этом для стабильности большее значение имеет не абсолютная энергия молекулы, а энергия ее превращения в соседние соединения, которые отличаются по формуле на один атом углерода или на 1-2 атома водорода. «Магической» называют такую молекулу, которая более стабильна, чем ансамбль соседних по составу молекул.
Для установления относительной стабильности соединений были проведены расчеты для широкого спектра соединений: до 20 атомов углерода и до 42 атомов водорода в составе молекулы. Вычисления производили при помощи разработанного авторами алгоритма USPEX, который одновременно предсказывает структуры с минимальной энергией для каждого состава. В результате исследователи получили карту стабильности для всех углеводородов в заданном диапазоне.
Разработанный единый критерий стабильности дает взгляд на огромное разнообразие углеводородов и органической химии. Поскольку метод универсален, в дальнейшем его можно будет применять для аналогичного анализа стабильности молекул других классов.
Источник: ГЕОХИ РАН