Dans cette image de surface potentielle, la courbe rouge est une voie de réaction. Les points roses sont les BBP optimaux, et les points noirs sont les minima et les états de transition. Les lignes vertes sont les points BBP pour toutes les trajectoires de Newton possibles. Crédit :AIP Publishing
Les développements récents de la microscopie à force atomique ont permis aux chercheurs d'appliquer des forces mécaniques à des molécules individuelles pour induire des réactions chimiques.
Une équipe de recherche d'Espagne et d'Allemagne a maintenant développé un algorithme unique en son genre qui détermine la force minimale nécessaire pour atteindre le point de rupture de liaison optimal (BBP) au niveau moléculaire pour induire mécaniquement une réaction chimique. Ils rapportent leurs conclusions cette semaine dans Le Journal de Physique Chimique .
L'algorithme peut être appliqué à n'importe quelle molécule, y compris les molécules biologiques comme les protéines ainsi que les molécules inorganiques. Leurs recherches ont des implications pour de nombreuses applications, y compris les machines moléculaires, polymères mécaniquement résilients et auto-cicatrisants, matériaux sensibles aux contraintes et conception de catalyseurs. L'algorithme peut également être utilisé pour explorer comment les champs électriques externes peuvent catalyser et contrôler les réactions chimiques.
Lors de l'étude des processus mécano-chimiques, les chercheurs recherchent la réponse mécanique de la structure à énergie minimale de la molécule de réactif. Au fur et à mesure que la force extérieure augmente, les structures d'énergie minimale et d'état de transition sur la surface d'énergie potentielle à force modifiée deviennent identiques et la structure où cela se produit est la BBP recherchée.
Configuration moléculaire du BBP optimal du 1, Réarrangement du décalage H 2-sigmatropique du cyclopentadiène. Les flèches correspondent aux composantes du gradient à ce point. Crédit :AIP Publishing
"Notre travail met en évidence qu'il existe un autre ensemble de points importants sur la surface d'énergie potentielle d'un système donné, à savoir le BBP, qui doit être pris en considération pour les applications en mécanochimie, " dit Wolfgang Quapp, un co-auteur de l'article qui a ajouté que le BBP est un nouveau concept en mécano-chimie.
Les BBP optimales d'une surface d'énergie potentielle sont cruciales, selon Quapp, car ils fournissent des informations sur la manière dont les forces de traction doivent être appliquées pour déclencher des transformations chimiques avec la plus grande efficacité possible en utilisant le moins de force.
Le lien, la flexion et la torsion d'une molécule ont une rigidité variable. Par conséquent, déterminer l'échafaudage porteur de force d'une molécule, prédire, par exemple, le point de rupture de liaison dans une molécule surétirée, signifie que différentes directions de la force externe doivent être testées.
"Notre algorithme permet aux chercheurs d'identifier quelle partie d'une molécule est la plus sensible aux contraintes mécaniques, et donc l'algorithme est une étape importante dans la conception de moyens plus efficaces d'exploiter l'énergie mécanique pour activer des réactions chimiques, " Quapp a déclaré. " L'importance du BBP optimal réside dans le fait qu'il donne la direction optimale et l'ampleur de la force de traction. Cela nécessite un algorithme pour trouver facilement ces types de points."
L'algorithme est basé sur des trajectoires de Newton, qui viennent de la méthode mathématique de calcul des zéros d'une fonction. Dans le cas des BBP, les trajectoires de Newton sont situées à proximité du chemin réactionnel de la réaction chimique considérée.
