這聽起來可能像是來自《洋蔥報》的頭條新聞,但研究人員確實透過“拉拽”的方式掰斷了一個分子。該團隊推測,這項技術可能催生出可透過自我修復來應對機械應力的材料。
從技術上講,研究人員讓超聲波為他們進行拉拽。為了尋找觸發化學反應的新方法,他們決定開啟一種名為苯並環丁烯的分子,該分子由排列成六邊形的碳原子與一個正方形融合而成。因此,他們在正方形區域的兩側連線了兩個長分子,並對化合物溶液進行超聲振動。他們推斷,水的運動會像一對硬彈簧一樣拉伸側翼分子,從而拉開正方形的兩個自由角,留下兩個能夠形成新的化學鍵的懸垂端。
研究人員使用了兩種形狀略有不同的苯並環丁烯。通常,這兩種結構(稱為異構體)傾向於形成不同的產物,但一種類似磁共振成像的技術顯示,兩種異構體都斷裂成了相同的分子。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的材料研究員傑弗裡·摩爾是該團隊的成員,他說,拉拽作用引導原子沿著它們通常不會採取的路徑移動。“這意味著我們可以開始在特定方向上移動原子……而這實際上不是內在化學性質所傾向的,”他說。
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研究人員以前也曾拆開過重複分子鏈,但鍵的斷裂是隨機的。為了裂解特定的鍵,化學家通常會煮沸他們的化合物或使用特殊的催化劑。
摩爾說,他現在正在研究一種被拉拽時會改變顏色的分子,這可能可以用作監測安全繩或其他材料是否損壞的方法。
從長遠來看,他說他希望看到在拉伸到接近斷裂點時能夠自我加強的材料。“如果我們能夠機械地觸發化學反應,”他說,“這將是一種在最需要化學鍵的區域製造化學鍵的方法:……即材料正在承受非常大應力的區域。”
“許多受挫的化學家都希望他們可以簡單地伸入燒瓶中,拉開任何不配合的化學鍵,”賓夕法尼亞大學化學家布拉德·羅森和維吉爾·珀塞克在本週《自然》雜誌上與研究結果一同發表的社論中寫道。“儘管化學家可能不會立即爭相採用這項技術,”他們指出,“但這項工作是邁出的非凡第一步。”