Les réactions chimiques sont généralement décrites comme des transitions des réactifs aux produits. Cependant, de telles réactions impliquent de nombreuses molécules, et les molécules individuelles elles-mêmes subissent des changements structurels fréquents à mesure qu'elles passent des réactifs aux produits.
Même dans les réactions chimiques les plus simples, les changements réellement observables qui se produisent au cours de la réaction sont beaucoup plus rapides et beaucoup plus complexes que ce qui peut être observé avec n'importe quelle technologie existante - de la même manière que les objets se déplaçant rapidement semblent flous sur les photos prises avec une vitesse d'obturation lente. .
Une équipe de recherche au Japon, dirigée par le professeur Tamiki Komatsuzaki de l'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (ICReDD), Université de Hokkaido, a développé un cadre qui décrit avec précision comment les réactions de premier ordre apparaissent en fonction de l'intervalle de temps utilisé pour mesurer la réaction. . Leurs travaux ont été décrits dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. .
"Au cours d'une réaction, les atomes des réactifs et des produits subissent une série de réarrangements structurels, ou isomérisation, jusqu'à ce que la réaction soit complète", explique Tamiki. "La vitesse à laquelle ces isomérisations se produisent signifie que nous obtenons généralement seulement une compréhension simplifiée du processus à un moment donné, grâce à un processus appelé gros grain."
Yutaka Nagahata, premier auteur de l'étude, déclare :« Nous avons formulé un processus de granularité grossière qui satisfait aux conditions de « regroupement exact » :la correspondance exacte d'une version simplifiée d'une équation avec son homologue détaillé d'origine, une théorie proposée sur un demi-siècle. il y a longtemps, en se concentrant sur les intervalles d'observation, qui peuvent être considérés comme la « vitesse d'obturation » d'une observation scientifique.
"Pour adopter cette correspondance, nous avons formulé un critère d'indiscernabilité du comportement statistique des formes moléculaires stables (isomères) en fonction de la "vitesse d'obturation" de l'observation. "
L’équipe a identifié des intervalles d’observation clés auxquels différentes formes moléculaires « se mélangent » et le système semble devenir plus simple. Ils ont créé un « diagramme systématique » qui montre comment le processus de réaction apparaît de plus en plus simplifié à mesure que l'intervalle d'observation augmente, pour finalement apparaître comme un processus en une seule étape (les réactifs se transformant directement en produits) à de longs intervalles d'observation.
En utilisant ce « diagramme systématique », il est possible de déterminer immédiatement des groupes indiscernables et d'obtenir l'équation de taux sur les groupes en appliquant un regroupement exact développé.
"En développant le grain grossier exact, nous avons dépassé les théories d'approximation actuelles, qui comportent de nombreuses omissions qui les rendent tout à fait inexactes", déclare le professeur Mikito Toda de la Graduate School of Information Science de l'Université de Hyogo et co-auteur de l'ouvrage. étudier.
L’équipe a utilisé la réaction de réarrangement de Claisen de l’allylvinyléther pour montrer qu’un grain grossier précis pouvait expliquer tous les chemins de réaction possibles. Les travaux futurs viseront à étendre cette étude à d’autres réactions de premier ordre. En fin de compte, les chercheurs espèrent que leurs travaux fourniront un support mathématique à la théorie des états de transition.
Plus d'informations : Komatsuzaki, Tamiki, Une représentation globale des hiérarchies d'échelle de temps dans un réseau de réactions de premier ordre, Actes de l'Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2317781121
Informations sur le journal : Actes de l'Académie nationale des sciences
Fourni par l'Institut pour la conception et la découverte de réactions chimiques (ICReDD)
