Porušenie zákona Universal Kasha – Vedci odhaľujú tajomstvo tajomnej modrej molekuly

Vedci z ÚOCHB Praha ako prví popísali dôvody správania sa azulénu, jednej zo základných aromatických molekúl. Táto molekula uchvátila vedeckú komunitu nielen svojou výraznou modrou farbou, ale aj jedinečnými vlastnosťami.

Jeho súčasný počin ovplyvní základy organickej chémie na ďalšie roky a pomôže využiť maximálny potenciál zachytenej svetelnej energie v praxi. Ich zistenia boli nedávno zverejnené Journal of the American Chemical Society ,Jax,

Azulén vzbudzuje zvedavosť chemikov už mnoho rokov. Na otázku, prečo je modrá, napriek tomu, že neexistuje žiadny zjavný dôvod, odpovedal pred takmer päťdesiatimi rokmi vedec svetového významu, ktorý mal zhodou okolností úzke väzby na ÚOCHB Praha, profesor Josef Michael.

Doktor Tomáš Slanina teraz kráča v ich stopách, aby svojim kolegom ponúkol riešenie ďalšej hádanky. On a jeho kolegovia jasne opísali, prečo malá molekula azulénu porušuje univerzálne Kashovo pravidlo.

Tento zákon popisuje, ako molekuly vyžarujú svetlo pri prechode do rôznych excitovaných stavov. Ak použijeme analógiu vzostupného rebríčka, prvý krok, teda prvý excitovaný stav molekuly, je vyšší a každý ďalší krok je nižší a teda bližšie k predchádzajúcemu kroku. Čím menšia je vzdialenosť medzi fázami, tým rýchlejšie molekula klesne z fázy na nižšiu úroveň. Potom čaká najdlhší čas na prvom stupni, kým sa vráti na základnú úroveň, po ktorej môže vyžarovať svetlo. Ale azulén sa správa inak.

Na vysvetlenie správania azulénu vedci z ÚOCHB Praha použili pojem (anti)aromatika. Opäť, jednoducho povedané, charakteristikou aromatickej látky nie je voňavá vôňa, ale skôr pretrvávajúca, alebo ak chcete, uspokojujúca. Niektorí chemici ho neformálne označujú aj známym emotikonom smajlíka.

Dr. Tomáš Slanina, vedúci skupiny Redox Photochemistry na ÚOCHB Praha. Kredit: Tomáš Bellos / ÚOCHB Praha

Na druhej strane je antiaromatická látka nestabilná a molekula sa snaží z tohto stavu čo najrýchlejšie dostať. Opúšťa stav vyššej energie a klesá smerom nadol. V prvom štádiu je azulén disociovaný, teda antiaromatický, a preto degraduje rádovo v pikosekundách bez toho, aby mal čas vyžarovať svetlo.

V druhom štádiu sa však správa ako spokojná aromatická látka. A toto je dôležité! V tomto vzrušenom stave môže existovať dokonca celú nanosekundu a to stačí na vyžarovanie svetla. Preto energia tohto vzrušeného stavu nikde nezmizne a úplne sa premení na vyššiu energiu. fotón,

Slanin tím svojim výskumom reaguje na aktuálne potreby tým, že hľadá spôsob, ako zabezpečiť, aby sa energia fotónu zachyteného molekulou (napríklad zo Slnka) nestratila a jej ďalšie využitie je možné využiť (napríklad na prenos energie medzi molekulami alebo na separáciu náboja v solárnych článkoch). Cieľom je vytvoriť molekuly, ktoré riadia svetelnú energiu čo najefektívnejšie. Okrem toho v tomto dokumente výskumníci v niekoľkých prípadoch ukazujú, že vlastnosť azulénu je prenosná; Môže sa ľahko pripojiť k štruktúre akejkoľvek aromatickej molekuly, vďaka čomu táto molekula získa hlavné vlastnosti azulénu.

Tomáš Slanina hovorí: „Mám rád princípy, ktoré sú také jednoduché, že si ich viete ľahko predstaviť, zapamätať si a následne použiť. A to je presne to, čo sa nám podarilo. Odpovedali sme na otázku, prečo sa molekuly správajú určitým spôsobom, a urobili sme to pomocou veľmi jednoduchého konceptu.

Vedci z ÚOCHB Praha vo svojom výskume použili množstvo unikátnych programov, ktoré dokážu vypočítať, ako sa elektróny v molekule správajú vo vyššie excitovanom stave. O týchto štátoch sa všeobecne málo vie, preto je táto práca prelomová aj preto, že otvára dvere k ďalšiemu štúdiu. Okrem toho bol článok uverejnený Jax Je to nielen výpočtové, ale aj experimentálne.

Výskumníci zo skupiny Tomáša Slaninu svoje zistenia podporili experimentom, ktorý presne potvrdil správnosť vypočítaných údajov. Spolupracoval aj s profesorom Henrikom Ottossonom z Uppsalskej univerzity vo Švédsku, jednou z najuznávanejších svetových autorít v oblasti (anti)aromatických molekúl. A toto je už druhýkrát Jax prejavili záujem o ich spoluprácu; Prvýkrát to bolo v súvislosti s výskumom ďalšej elementárnej molekuly – benzénu.

Azulínin príbeh je však ešte viac vrstvený. Zaoberá sa nielen fotochémiou, ale aj medicínou. Rovnako ako prvá guľa, aj druhá nesie pečať ÚOCHB Praha – jedným z prvých liekov vyvinutých v jej laboratóriách bola masť na báze harmančekového oleja s derivátom azulénu. Malá krabička s označením Dermazulane, obsahujúca prípravok s hojivými a protizápalovými účinkami, sa po celé desaťročia dostala do lekárničiek po celej krajine.

Odkaz: „Excitovaný stav (anti)aromatika vysvetľuje, prečo azulén neposlúcha Kashovo pravidlo“ od Davida Dunlopa, Lucie Ludvikovej, Amber Banerjee, Henrika Ottossona a Tomáša Slaniny, 13. septembra 2023, Journal of the American Chemical Society,
DOI: 10.1021/jac.3c07625