新研究表明，分子运动与化学反应并非是解耦的。
《科学》杂志7月31日刊文称，韩国基础科学研究院（IBS）科学家Steve Granick、高级研究人员Huan Wang博士以及5个跨学科同事联合发现，常见化学反应可通过向溶剂传递远程“涟波”，加速布朗扩散作用。这一发现违反了一个化学中心法则，即分子扩散与化学反应是不相关的。Granick说：“分子能被化学反应赋能，这是一个全新的发现。当一种物质通过断键-成键反应转化为另一种物质时，实际上会使分子移动得更快。”
“在制造分子机器方面，自然界做得很好。然而科学家们对分子机器设计、制造的认识还不够深入。除了解答自然谜题外，我们还希望这项研究能够为化学能在分子运动、纳米机器人、精准医疗和绿色材料等方面的应用研究提供参考。” Wang博士补充说。
化学反应产生的意想不到的“涟波”，尤其是催化反应中的涟波，可以传播很远的距离。对于化学家和物理学家来说，这挑战了教科书上的观点，即分子运动和化学反应是解耦的，反应只会影响附近区域。对于工程师来说，这个新发现展示了真正意义上，在分子水平设计纳米马达的新方法。
研究人员们筛选了15个广泛应用于有机合成、医药制造和材料工业的化学反应。例如，“点击”反应可用于生物医学化合物库的组建与筛选，Grubbs反应可在塑料制造业发挥作用。研究人员表示，绝大多数产品在生产过程中都会涉及催化作用。Wang博士说：“前方可能还有更多未知惊喜。”
在设计实验时，Wang等注意到，生物性运动可以由酶和其他生物分子发动机驱动。分析问题后，研究人员提出了一个高风险、高回报的想法：他们假设这种现象可用于理解现实世界中的分子机器，并开发了新的分析技术来进行验证。
理论学家Tsvi Tlusty教授预测，反应梯度中的催化剂应该朝扩散系数较小的方向“上坡”迁移。微流体专家Cho Yoon-Kyoung教授专门设计了微流体芯片来测试这个观点。研究人员Ruoyu Dong博士则完成了计算机数值模拟工作。研究人员认为，不同系统中扩散运动增强的幅度与能量释放率相关。这个论点可用于预测其他反应的效果。。
Granick等的成果还能扩展研究人员对活性物质的理解。Granick总结说：“活性材料是一个新兴研究领域，发展非常迅速。化学反应如同‘纳米泳者’，搅动了‘反应汤’，这让活性材料变得更加丰富。此外，活性物质概念可能对传统化学形成巨大冲击。”
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编译：德克斯特
审稿：西莫
责编：程建兰
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
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https://phys.org/news/2020-07-central-tenet-chemistry.html
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