Grotthuss mekanizması - Grotthuss mechanism

Protonlar bir dizi boyunca tünel hidrojen bağları arasında hidronyum iyonları ve su molekülleri.

Grotthuss mekanizması (Ayrıca şöyle bilinir proton atlama) bir 'fazlalık' proton veya proton kusuru yayılır hidrojen bağı oluşumu ve eşlik eden bölünmesi yoluyla su molekülleri veya diğer hidrojen bağlı sıvılar ağı kovalent bağlar komşu molekülleri içeren.

1806 tarihli "Elektrik akımlarıyla sıvıların ayrışması teorisi" adlı yayınında, Theodor Grotthuss bir su iletkenliği teorisi önerdi.[1] Grotthuss, elektrolitik Her bir oksijen atomunun aynı anda geçtiği ve tek bir hidrojen iyonu aldığı bir tür "kova hattı" olarak reaksiyon. Su molekülünün H değil OH olduğu düşünüldüğünden, o sırada önerilmesi şaşırtıcı bir teoriydi.2O ve iyonların varlığı tam olarak anlaşılamadı. 200. yıl dönümünde, makalesi Cukierman tarafından gözden geçirildi.[2]

Grotthuss yanlış bir ampirik formül Protonların komşu su moleküllerinin işbirliği yoluyla geçişi hakkındaki tasviri ileri görüşlüydü.

Lemont Kier proton atlamasının sinir iletimi için önemli bir mekanizma olabileceğini öne sürdü.[3]

Proton taşıma mekanizması ve proton atlama mekanizması

Grotthuss mekanizması artık proton atlama mekanizmasının genel adıdır. Sıvı suda çözme fazla protonun oranı iki şekilde idealleştirilir: H9Ö4+ (Öz katyon ) veya H5Ö2+ (Zundel katyonu ). Taşıma mekanizmasının bu iki çözme yapısı arasındaki ara dönüşümü içerdiğine inanılırken, atlama ve taşıma mekanizmasının detayları hala tartışılmaktadır. Şu anda iki makul mekanizma vardır:

  1. Deneysel NMR verilerine dayanarak Eigen'den Zundel'den Eigen'e (E – Z – E),[4]
  2. Zundel'den Zundel'e (Z – Z), temelinde moleküler dinamik simülasyon.

Hesaplanan enerjileri hidronyum solvasyon kabukları 2007'de rapor edilmiş ve önerilen iki mekanizmanın aktivasyon enerjilerinin hesaplananları ile uyuşmadığı öne sürülmüştür. hidrojen bağı güçlü yönler, ancak mekanizma 1 ikisinin daha iyi adayı olabilir.[5]

Koşullu ve zamana bağlı kullanım ile radyal dağılım fonksiyonları (RDF), hidronyum RDF'nin Eigen ve Zundel olmak üzere iki farklı yapıdan katkılara ayrıştırılabileceği gösterildi. Eigen yapısının g (r) (RDF) cinsinden ilk zirvesi dengeye benzer, standart RDF, sadece biraz daha sıralı iken, Zundel yapısının ilk tepesi aslında iki tepe noktasına bölünmüştür. Gerçek proton transferi (PT) olayı daha sonra izlendi (tüm PT olaylarını senkronize ettikten sonra, böylece t = 0 gerçek olay zamanıdır), hidronyumun gerçekten bir Eigen durumundan başladığını ve proton olarak hızla Zundel durumuna dönüştüğünü ortaya koydu. g (r) 'nin ilk zirvesi ikiye bölünerek aktarılıyor.[6]

Protonların anormal difüzyonu

Grotthuss mekanizması, göreceli hafiflik ve küçük boyut (iyon yarıçapı ), alışılmadık derecede yüksek olanı açıklar yayılma Bir elektrik alanındaki protonun hızı, hareketi basitçe alanın hızlanmasına bağlı olan diğer yaygın katyonlarınkine (Tablo 1) göre. Rastgele termal hareket, hem protonların hem de diğer katyonların hareketine karşı çıkar. Kuantum tünelleme Katyonun kütlesi küçüldükçe daha olası hale gelir ve proton, olası en hafif kararlı katyondur.[kaynak belirtilmeli ] Bu nedenle, yalnızca düşük sıcaklıklarda hakim olmasına rağmen, kuantum tünellemenin de küçük bir etkisi vardır.

tablo 1
KatyonHareketlilik / santimetre2 V−1 s−1
NH4+0.763×10−3
Na+0.519×10−3
K+0.762×10−3
H+3.62×10−3

Referanslar

  1. ^ de Grotthuss, C.J.T. (1806). "Sur la décomposition de l'eau et des corps qu'elle tient en disolution à l'aide de l'électricité galvanique". Ann. Chim. 58: 54–73.
  2. ^ Cukierman, Samuel (2006). "Et tu Grotthuss!". Biochimica et Biophysica Açta. 1757 (8): 876–8. doi:10.1016 / j.bbabio.2005.12.001. PMID  16414007.
  3. ^ Kier, Lemont B. (2016). "Sinir İletim Mesajı Olarak Proton Atlaması". Güncel Bilgisayar Destekli İlaç Tasarımı. 12 (4): 255–258. doi:10.2174/1573409912666160808092011. ISSN  1875-6697. PMID  27503744.
  4. ^ Agmon, Noam (1995). "Grotthuss mekanizması". Chem. Phys. Mektup. 244 (5–6): 456–462. Bibcode:1995CPL ... 244..456A. doi:10.1016 / 0009-2614 (95) 00905-J. Arşivlenen orijinal 2011-07-19 tarihinde. Alındı 2007-04-10.
  5. ^ Markovitch, Ömer; Agmon, Noam (2007). Hidronyum hidrasyon kabuklarının "yapısı ve enerji". J. Phys. Chem. Bir. 111 (12): 2253–6. Bibcode:2007JPCA..111.2253M. CiteSeerX  10.1.1.76.9448. doi:10.1021 / jp068960g. PMID  17388314.
  6. ^ Markovitch, Ömer; et al. (2008). "Özel Çift Dansı ve Partner Seçimi: Sıvı Suda Proton Taşınmasında Temel Adımlar". J. Phys. Chem. B. 112 (31): 9456–9466. doi:10.1021 / jp804018y. PMID  18630857.

Dış bağlantılar