《自然-化学》：物理学家拍摄到光驱动分子反应的瞬间作用图像

物理学家对光诱导的分子开环反应进行了非常快速的拍摄，揭示了在飞秒的时间尺度上的动态变化。飞秒（femtosecond）也叫毫微微秒，简写：fs，1飞秒只有1秒的一千万亿分之一。这种变化类似于帮助人体从阳光中产生维生素D的反应。该最先研究结果论文发表在最近的《自然化学》上。

分子开环反应，英语：Ring-opening reactions，指各种对于打开碳环和其他环状化合物特别有用的一种合成方法。环状化合物指分子中原子以环状排列的化合物，通常指有机化合物，如苯。这些环通常包含双键或其他官能团“手柄”，以促进化学反应。生成环状结构的有机反应称为环化反应，打开环状结构的反应则称开环反应。

堪萨斯州立大学物理学副教授、该研究主导、丹尼尔·罗尔斯说：“这就像卡通片一样一片一片地地定格。” “对于每个分子，都以激光脉冲开始反应，随时间流逝拍摄快照，然后将它们放在一起，从而创建一个'分子电影'，具体显示分子的电子结构如何从开始到停止随功能变化需要多少时间。”

研究人员表示，该研究想法是想探索一个环如何在飞秒的时间尺度上的动态变化，即在1秒的一千万亿分之一的时间尺度上的变化。研究人员通过使用自由电子激光记录分子原子移动时的电子能谱，来可视化这些反应的发生方式。

如图所示物理学家所拍摄的光驱动分子反应的停止作用图像，该图显示了跨多个飞秒的光诱导开环反应。

研究人员说：“自然界中可以观察到许多这样的开环反应。” “一个例子是我们皮肤中维生素D3的形成。当阳光照射到我们的皮肤上时，就会发现具有这些小环结构的大化合物，这些小环结构有助于吸收紫外线，环打开而形成了维生素D3的前体。”

研究人员表示，制造维生素D涉及到多种生物学功能，而这种开环只是过程的一个很小的部分。这项研究能够记录分子中的具体变化，以便了解过程的速度、过程如何发生，并将过程与先前所接受的理论进行比较。

罗尔斯教授说：“了解这一过程对于使用类似技术中的相似过程很有效，并对于制定可应用于相似反应的一般法则具有重要意义。”

参考：Tracking the ultraviolet-induced photochemistry of thiophenone during and after ultrafast ring opening, Nature Chemistry (2020). DOI: 10.1038/s41557-020-0507-3量子认知 | 简介科学新知识，敬请热心来关注。