Международная группа ученых из Института Фрица Хабера, Лейпцигского университета и научных центров США впервые детально изучила, как именно происходит перенос протонов в молекулах фосфорной кислоты — ключевом компоненте биологических и энергетических систем.
Фосфорная кислота и ее производные играют центральную роль в живых организмах, пишет ScienceDaily. Они входят в состав ДНК, РНК, клеточных мембран и АТФ — главной энергетической молекулы клетки. Кроме того, эти соединения обеспечивают эффективную передачу положительных зарядов (протонов), что важно не только для биологии, но и для современных технологий — например, для работы топливных элементов и аккумуляторов.
Для изучения механизма переноса протонов ученые синтезировали специальный ионный димер H₃PO₄·H₂PO₄⁻ и охладили его до экстремально низкой температуры — всего 0,37 Кельвина (чуть выше абсолютного нуля). Для этого молекулу поместили в нанокаплю сверхтекучего гелия, что позволило практически полностью устранить внешние возмущения. Структуру исследовали с помощью инфракрасной спектроскопии, а результаты сопоставили с квантово-химическими расчетами.
Теоретические модели предсказывали существование двух равновероятных структур димера, однако эксперимент показал только одну стабильную конфигурацию. Эта структура оказалась относительно жесткой, с тремя водородными связями, сходящимися у одного атома кислорода. Высокие энергетические барьеры внутри молекулы ограничивают свободное перемещение протонов, а само расположение водородных связей напоминает схемы, ранее наблюдавшиеся в других фосфатных системах.
Открытие помогает объяснить, почему фосфорная кислота обладает столь высокой протонной проводимостью — ее часто называют «природной протонной магистралью». Новые данные позволят усовершенствовать квантово-химические модели и разработать материалы с улучшенной протонной проводимостью для энергетики. Кроме того, исследование углубляет понимание фундаментальных процессов переноса заряда в живых организмах.
Тем временем российские астрохимики впервые получили инфракрасные спектры межзвездных льдов. Новые данные скорректировали оценки количества метана в космосе по снимкам «Джеймса Уэбба» и изменили представления о химии протозвезд. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
