新研究采用快门速度类比来验证55年前的化学反应速率理论

化学反应通常被描述为从反应物到产物的转变。然而，此类反应涉及许多分子，并且各个分子本身在从反应物转变为产物时会经历频繁发生的结构变化。

即使在最简单的化学反应中，反应过程中发生的实际可观察​​到的变化也比任何现有技术所能观察到的要快得多，也复杂得多——就像用慢速快门拍摄的照片中快速移动的物体显得模糊一样。。

由北海道大学化学反应设计与发现研究所(ICReDD)的TamikiKomatsuzaki教授领导的日本研究小组开发了一个框架，可以根据用于测量反应的时间间隔准确描述一级反应如何出现。他们的工作发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。

“在反应过程中，反应物和产物的原子会经历一系列结构重排或异构化，直到反应完成，”Tamiki解释道。“这些异构化发生的速度意味着我们通常只能通过一个称为粗粒度的过程在任何给定点获得对该过程的简化理解。”

该研究的第一作者YutakaNagahata表示：“我们制定了一个满足‘精确集总’条件的粗粒度过程，即方程的简化版本与其原始详细对应项的精确匹配，这是半个多世纪以来提出的理论以前——通过关注观察间隔，可以将其视为科学观察的“快门速度”。

“为了采用这种匹配，我们制定了一个标准，用于衡量稳定分子形状(异构体)的统计行为与观察‘快门速度’的函数的不可区分性。”

该团队确定了不同分子形状“模糊在一起”并且系统似乎变得更简单的关键观察间隔。他们创建了一个“系统图”，显示反应过程如何随着观察间隔的增加而变得越来越简化，最终在长观察间隔下表现为一步过程(反应物直接转变为产物)。

使用这个“系统图”，可以立即确定不可区分的组，并通过应用开发的精确集总来获得各组的速率方程。

“在开发精确粗粒度的过程中，我们已经超越了当前的近似理论，这些理论存在许多遗漏，导致它们非常不准确，”兵库大学信息科学研究生院教授户田干人(MikitoToda)说道，他也是该论文的合著者。学习。

该团队利用烯丙基乙烯基醚的克莱森重排反应表明，精确的粗粒度可以解释所有可能的反应路径。未来的工作将集中于将这项研究扩展到其他一级反应。最终，研究人员希望他们的工作能为过渡态理论提供数学支持。