Diels-Alder-reaktionen är viktig i syntesen av alla typer av läkemedel, inklusive vitamin D. Men hur fungerar det? UNSW -forskare visar att det innebär splittring av elektronpar. Kredit:T. Schmidt
Nyligen arbete från ARC Center of Excellence in Exciton Science, publiceras i Naturkommunikation i dag, överbryggar den kulturella klyftan mellan organiska kemister och teoretiker som förkroppsligas i den "lockiga pilen".
Forskargruppen leds av UNSW Sydney professor Timothy Schmidt och inkluderar UNSW Canberras Dr Terry Frankcombe och Dr Philip Kilby från CSIROs Data61.
Organiska kemister använder lockiga pilar för att skildra hur kemiska reaktioner uppstår och de resulterande molekylära strukturerna. Teoretiker tenderar att prata om strukturen hos molekyler i termer av molekylär orbitalteori (vågteori) och säga att lockiga pilar är en fiktion. Tidningen förenar olika syn på elektronisk struktur för första gången, hjälper till att koppla teori med notation för organisk kemi.
Teamet använde teoretisk modellering, tittar på vågfunktionerna på nya sätt för att visa varför lockiga pilar fungerar.
"Tidigare, vi visste att lockiga pilar fungerar men vi visste inte varför, " säger professor Schmidt.
Ledare för Data61:s optimeringsforskningsgrupp Dr Kilby, som använde ett optimeringsförfarande för att minska beräkningstiden med två storleksordningar, säger "UNSW-forskarna kunde ta fram en metod som kan uppskatta den probabilistiska placeringen av elektroner när en kemisk reaktion faktiskt äger rum".
Pil som representerar elektronparrörelse. Kredit:creative commons
"Detta tillåter oss att modellera kemiska reaktioner på ett mer detaljerat sätt än vad som någonsin varit möjligt tidigare."
Denna oöverträffade metod för att extrahera elektronernas rörelser under en kemisk reaktion är ett genombrott för att koppla samman traditionella skildringar av kemisk mekanism med toppmoderna kvantkemiska beräkningar.
"Vi har visat hur man kan relatera rigorösa beräkningar till de kvalitativa diagrammen för organiska kemister, i huvudsak visar varför de fungerar, Schmidt förklarar.
Enligt Dr Frankcombe, "detta arbete visar att dessa klassiska, intuitiva idéer om individuella elektronrörelser har varit det rätta sättet att se på kemisk reaktivitet hela tiden, även om de tidigare hade lite stöd från kvantmekaniken”.
Fiskkrokpil som representerar en elektronrörelse. Kredit:creative commons
