Jako první na světě popsal Hobza a jeho tým nový objev ve fyzikální chemii

Pavel Hobza z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR se svým týmem poprvé přepsal učebnice před dvaceti lety, kdy objevil a popsal tzv. nepravou vodíkovou vazbu. Spolu s kolegy z Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského a Technické univerzity Ostrava nyní přichází s objevem, který má potenciál dříve přijatou definici zjednodušit a studenty chemie znovu donutit k tomu, aby přehodnotili své představy o studované látce.

Tým Pavla Hobzy v původní práci popsal nepravou vodíkovou vazbu X-H…Y. Ta se neprojevovala očekávaným červeným posunem (posun k nižším frekvencím) vibrační frekvence vazby X-H, která se podílí na vodíkové vazbě, ale naopak, modrým posunem (posun k vyšším frekvencím). V nové studii publikované v časopise Journal of the American Chemical Society vědci navrhují nové zpřesnění a zjednodušení definice vodíkové vazby. Kromě protonické vazby by do ní na základě jejich výzkumu měla nově přibýt i hydridická vodíková vazba.

»Současná definice vodíkové vazby vychází z našeho objevu nepravé vodíkové vazby, která se vyznačovala modrým, a nikoliv očekávaným červeným posunem vibrační frekvence vazby X-H. Naše nedávné studie jdou ještě dál. Ukázaly, že vodíková vazba se tvoří i v případě hydridického a nikoliv pouze protonického vodíku. Navrhujeme proto upravit stávající definici vodíkové vazby tak, aby zahrnula všechny typy vazeb,« vysvětlil profesor Pavel Hobza.

Voda se známým vzorcem H2O je velmi jednoduchá molekula tvořená kyslíkem a dvěma atomy vodíku, přičemž vodík je nejlehčí ze všech existujících prvků vůbec. Za fakt, že voda teče v kapalném stavu z kohoutku a že varu dosahuje při teplotě 100 °C je zodpovědná tzv. vodíková vazba. Ta vzniká mezi vodíkovým atomem jedné molekuly vody a atomem kyslíku druhé molekuly. Jedná se o tzv. nekovalentní interakce, díky nimž drží pohromadě dvoušroubovice DNA a které se nacházejí ve všech proteinech či enzymech. Vodíková vazba tedy hraje naprosto zásadní a nepostradatelnou roli ve většině chemických a prakticky ve všech biochemických procesech na planetě.

Většina prvků v periodické tabulce má nižší elektronegativitu, tedy schopnost k sobě přitahovat elektrony než vodík. Pouze několik prvků (např. uhlík, dusík, kyslík, halogeny) má elektronegativitu vyšší. Ve zmíněné molekule vody k sobě přitahuje kyslík elektrony z vodíku a ten se pak stává částečně kladně nabitým. Pokud se v blízkosti kladně nabitého vodíku ocitne molekula obsahující prvek, který má elektronů nazbyt a může se o ně podělit, např. kyslík nebo dusík, vznikne protonická vodíková vazba. Přitom se oslabí a prodlouží vazba mezi vodíkem a elektronegativnějším atomem. Takové prodloužení se projeví zmenšením vibrační frekvence této vazby, tzv. červeným posuvem měřitelným infračervenou spektrometrií. Chemická vazba se vlastně chová jako struna a jejím prodloužením se sníží frekvence, a naopak zvýší vlnová délka směrem k červené části spektra. Podobný jev známe ze hry na kytaru, kde lze měnit výšku tónu právě zkracováním a prodlužováním struny na hmatníku.

V určitých případech ale může vazba mezi vodíkem a elektronegativnějším prvkem naopak zesílit, což se projeví zvýšením její vibrační frekvence, tzv. modrým posunem. V takovém případě mluvíme o už zmíněné nepravé vodíkové vazbě. Tedy o původním objevu Pavla Hobzy.

Pokud se ovšem atom vodíku naváže na prvek s nižší elektronegativitou, bude vodík najednou nabitý záporně. Pavel Hobza a jeho kolegové zkoumali nově konkrétně trimethylsilan, Me3-Si-H, kde je atom vodíku navázaný na méně elektronegativní atom křemíku a nese tudíž záporný náboj, a to v komplexech s různými elektronově chudými molekulami. Vazbu, jež v takovém případě vzniká, nazvali vědci hydridickou vodíkovou vazbou. Pomocí výpočetních metod došli k tomu, že za popsaných okolností kovalentní vazba mezi křemíkem a vodíkem oslabí a prodlouží se, zatímco její vibrační frekvence se sníží. Dojde tedy k červenému posunu, stejnému, jak ho známe z protonické vodíkové vazby. Autoři experimentálně prokázali tento červený posuv u hydridické vodíkové vazby jako první na světě. Použili k tomu infračervenou spektrometrii za nízkých teplot. Tím se jim podařilo doložit, že hydridická vodíková vazba se projevuje zcela analogicky jako protonická vodíková vazba.

Pokud se ovšem atom vodíku naváže na prvek s nižší elektronegativitou, bude vodík najednou nabitý záporně. Pavel Hobza a jeho kolegové zkoumali nově konkrétně trimethylsilan, Me3-Si-H, kde je atom vodíku navázaný na méně elektronegativní atom křemíku a nese tudíž záporný náboj, a to v komplexech s různými elektronově chudými molekulami. Vazbu, jež v takovém případě vzniká, nazvali vědci hydridickou vodíkovou vazbou. Pomocí výpočetních metod došli k tomu, že za popsaných okolností kovalentní vazba mezi křemíkem a vodíkem oslabí a prodlouží se, zatímco její vibrační frekvence se sníží. Dojde tedy k červenému posunu, stejnému, jak ho známe z protonické vodíkové vazby. Autoři experimentálně prokázali tento červený posuv u hydridické vodíkové vazby jako první na světě. Použili k tomu infračervenou spektrometrii za nízkých teplot. Tím se jim podařilo doložit, že hydridická vodíková vazba se projevuje zcela analogicky jako protonická vodíková vazba.

Díky tomuto objevu nastal čas na úpravu stávající definice vodíkové vazby. Zůstává otázkou, je-li nutné pro takovou vazbu zavádět definici úplně novou, nebo spíš upravit tu stávající. Autoři považují za vhodnější druhou cestu a v závěru publikace v Journal of the American Chemical Society navrhují nové znění definice, aby zahrnovala oba typy vodíkové vazby, tedy jak protonickou, tak i hydridickou.

Pavel Hobza pracuje v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR více než dvacet let. Za tu dobu si připsal několik důležitých chemických objevů a posbíral mnoho prestižních ocenění. V roce 2008 například získal Národní cenu Česká hlava za celoživotní dílo a výzkum ve výpočetní chemii. Je rovněž nositelem Ceny Neuron v oboru chemie za zásadní objevy a celoživotní práci, kterou přispěl k rozvoji světové vědy.

Ústav organické chemie a biochemie AV ČR/ÚOCHB (www.uochb.cz) je přední mezinárodně uznávaná vědecká instituce, jejímž hlavním posláním je základní výzkum v oblasti chemické biologie a medicinální chemie, organické a materiálové chemie, chemie přírodních látek, biochemie a molekulární biologie, fyzikální chemie, teoretické chemie a analytické chemie. Nedílnou součástí poslání ÚOCHB je přenos výsledků základního výzkumu do praxe. Důraz na mezioborové zaměření výzkumu ústí do řady aplikací v medicíně, farmacii a dalších odvětvích.

(mac, AV ČR)

FOTO – AV ČR/ÚOCHB/Tomáš Beloň

VIDEO – IOCB Prague

REKLAMA
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Výzkum odhalil detaily fungování enzymu, který reguluje sodík v těle

Mechanismus regulace enzymu E3 ubikvitin ligasy Nedd4-2 poprvé podrobně popsal tým Veroniky Obšilové z Fyziologického ústavu AV ČR a Tomáše...

Neutrino je lehčí, než se předpokládalo. Češi se podíleli na rekordním měření

Vědcům z mezinárodního experimentu KATRIN se podařilo určit doposud nejnižší horní hranici hmotnosti neutrina – nejpočetnější částice, která je...

Pohyb divokých koček budou sledovat telemetrické obojky

Vědci z Ústavu biologie obratlovců AV ČR odchytili na konci února ve vojenském újezdu Hradiště v Doupovských horách historicky prvního samce kočky...

Čeští vědci odhalili, jak soli ovlivňují bahenní sopky na Marsu

Severní nížiny Marsu skrývají tisíce malých kuželů, které podle vědců vznikly před miliony let vytékáním bahna z podzemí. Na...

Jak čolci zvládají změny prostředí? Roli hraje nejen teplota, ale i konkurence

Kombinace vysychání vodních ploch a přítomnosti konkurenčního druhu významně ovlivňuje životní strategie čolků a jejich chování po metamorfóze. Ukázal...

DALŠÍ NOVINKY

Slavia vstala z mrtvých! V Istanbulu smazala dvougólové manko, bod jí vystřelil Kačor

Fotbalisté Slavie si v Lize mistrů připsali první bod, na který ale museli pořádně zabojovat. V Istanbulu proti Fenerbahce...

Sněmovna podpořila registry ve školství, poslanci řeší také zákaz norování

AKTUALIZOVÁNO Poslanecká sněmovna v prvním čtení podpořila vznik registrů žáků a pedagogů, které mají zjednodušit správu školství, omezit administrativu a...

Komise potvrdila správné vyloučení slávisty Chorého. V deseti měla ale hrát i Sparta

Útočník Slavie Tomáš Chorý dostal v utkání s Hradcem Králové červenou kartu oprávněně. Potvrdila to komise rozhodčích Fotbalové asociace...

Jednotná opozice? Babiš může být v klidu, »už se (zase) perou«

Ještě o víkendu se opoziční strany radovaly z toho, jak dokázaly táhnout za jeden provaz. Jenže povolební jednota dlouho...

Moravu a Slezsko zasáhne silný vítr. Na horách může dosáhnout až 90 km/h

Meteorologové varují před silným větrem, který od úterního večera do středečního večera zasáhne části Moravy a Slezska. V nárazech...

Pavlova dovolená v Maroku a její vysvětlení? SPD požaduje doklady!

SPD požaduje, aby prezident Petr Pavel podrobně doložil náklady spojené se svou soukromou dovolenou v Maroku. V dnešním usnesení...

Změna času je za dveřmi. V neděli se ručičky vrátí o hodinu zpět, úprava se dotkne i vlaků

Česko se o nadcházejícím víkendu vrátí k zimnímu času. V noci ze soboty 24. na neděli 25. října se...

S šikanou v zaměstnání má zkušenosti každý pátý Čech

Když se řekne šikana, většina lidí si vybaví školní chodbu, partu pubescentů a bezmocného spolužáka. Jenže ponižování, zesměšňování a...

Neuvěřitelné! USA mají šokující plány na odstranění Zelenského

Washington požaduje podřízení Kyjeva, Rusko se odmítá nechat oklamat a stupňuje své útoky, zatímco západní média otevřeně diskutují o...

Americký soud vydal zatykač na Raúla Castra

Soudce 11. soudního obvodu Floridy vydal zatykač na 95letého Raúla Castra. Bývalý kubánský vůdce je ve Spojených státech obviněn...

1 komentář

Diskuze je uzavřena.

REKLAMA
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Poslední zprávy