Атомно-силовая микроскопия высокого разрешения позволила китайским ученым получить первое изображение водородной связи. Такие связи повсеместно встречаются в природе. В частности, они знамениты тем, что скрепляют две нити двойной спирали ДНК. Им же вода обязана своими уникальными свойствами.

Химики определяют водородную связь как форму ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F.

Ученые отлично представляют себе ее структуру – но лишь на теоретическом уровне. Никто никогда не видел водородную связь – до того, как в журнале Science не вышла статья “Real-Space Identification of Intermolecular Bonding with Atomic Force Microscopy”.

Для создания этого поразительного изображения, группа ученых во главе с Сяохуэем Цю (Xiaohui Qiu) и Чжихаем Ченом (Zhihai Cheng) из Национального центра нанонаук и нанотехнологий, а также Вэем Цзи (Wei Ji) из Университета Реньминь использовала неконтактную АСМ в сканировании сил, скрепляющих молекулы различных соединений. Победителем оказался 8-гидроксихинолин (органическое соединение), расположенное на медной поверхности.

Вы, может быть, помните, что аналогичную технику использовала группа Феликса Фишера (Felix Fischer) для создания первого изображения молекул, создающих и разрывающих химические связи. В частности, ученые визуализировали местоположение отдельных атомов и их связей в молекуле, содержащей 26 атомов углерода и 14 атомов водорода, в виде трех связанных друг с другом бензоловых колец.

Но сейчас китайские ученые подняли процесс на следующий уровень – высветив не только ковалентные связи, но и более слабые взаимодействия. Работая при температуре, приближенной к абсолютному нулю, исследователи смотрели, как 8-гидроксихинолин образовывал связанные водородной связью композиты.

Концентрация электронов в этих связях и была визуализирована атомно-силовым микроскопом.

Любопытно, что некоторые химики выдвигают гипотезу о частичной ковалентности водородных связей. Такие революционные изображения могли бы пролить свет на эту проблему.

Рис. 1. Особенности схемы: Атомы C показаны серым, H – белым, O – красным, N – синим, Cu – оранжевым.