碳氮氢化学大修中暴露出比垃圾更糟糕的分子

俄罗斯研究人员解释了为什么科学家在研究原油和天体化学以及某些实际物质时经常遇到一些含有碳、氮和氢的分子，而不是这三种元素的其他组合。这一发现将有机化学曾经杂乱无章的规则转变为基于当前对量子物理学的基本理解的整洁的独立逻辑系统。

这项发表在《物理化学快报》杂志上的研究不仅肯定会取悦许多完美主义者，而且实际上将引导天体物理学家在外太空寻找新的“化学物种”——是的，这确实是他们的名字。

“如果你想想有机化学通常是如何教授的，这有点像试图记住黄页，”这项研究的首席研究员、斯科尔理工学院教授ArtemR.Oganov说。“有些分子是稳定的，因此很常见，而另一些分子则不太常见。有些分子很容易反应，有些分子则不然。但为什么呢?这类工作有规则，但它不是一个从头开始构建的整齐的系统——更像是一个杂乱无章的系统。”观察结果的收集。”

“我们的研究纠正了这种情况，并展示了如何根据碳、氮和氢系统的基本原理来解释和预测这些事情，”他继续说道。“现在有一张小图表可以解释我们迄今为止在太空或原油中所看到的一切，然后是一些关于这三个原子的组合的图表。”其基本原理借鉴了核物理学和纳米科学，并识别出“神奇”分子——那些能量比最接近成分的分子低的分子。

物理定律表明物质往往呈现最低的能量状态。这意味着，有人投入了大量精力的漂亮、高度组织化的系统，如果留给他们自己的设备，往往会退化(对不起，父母)。食物就是一个很好的例子：不久之后，一个充满美味能量的多汁苹果就会因腐烂而流失到环境中，或者希望流失到能够欣赏它的人手中。

失去能量后，苹果中的化合物会转化为熟悉的反应产物，其中最引人注目的分子(想想气味)是粪臭素，以古希腊语“便便”一词命名。因此，从技术上讲，一个分子之所以糟糕，是因为之前的分子在反应过程中准备下降的能量有多低。

粪臭素(C9NH9)几乎是一个“神奇”分子(另一个具有相同组成和原子排列略有不同的分子被证明是神奇的)。讽刺的是，恶臭的粪臭素被用在冰淇淋和香水中，但用量非常少——猜猜是做什么用的?因其香气。

虽然该论文的主要作者、Oganov材料发现实验室的Skoltech硕士生ElizavetaVaneeva不愿意深入研究该研究的整个粪臭素方面，但她慷慨地评论了新的化合物稳定性图实际上可能在科学和工业中使用的地方。“我们模型的预测与原油和外太空中发现的分子列表非常吻合。

“但是，虽然石油已经被彻底研究过，但当涉及到星际介质和行星大气时，我们也许能够给天体化学家一些关于寻找什么的提示，而且当你有一个列表时，发现新分子会更快更容易。手头的候选人。”

“至于技术应用，人们可以想象有机化学家试图合成一种工业上有用的化合物，它属于我们正在研究的类别，”瓦内瓦补充道。“这可能是一种有机染料，例如蓝色颜料。他们可以使用我们的方法(依赖于基本量子化学计算)来预测可能的候选者，而不是进行繁琐的实验来找出哪种化合物是稳定的。该方法没有类似物，速度相当快，现在它的预测已经根据已发表的天体和石油化学数据进行了测试。”

未来，研究人员打算扩展他们的方法以涵盖其他有机系统，例如氨基酸(DNA和RNA的组成部分)和蛋白质。