As reações químicas são comumente descritas como transições de reagentes para produtos. No entanto, tais reações envolvem muitas moléculas, e as próprias moléculas individuais sofrem mudanças estruturais que ocorrem com frequência à medida que se transformam de reagentes em produtos.



Mesmo nas reações químicas mais simples, as mudanças observáveis ​​reais que ocorrem durante a reação são muito mais rápidas e complexas do que podem ser observadas com qualquer tecnologia existente - semelhante à forma como os objetos em movimento rápido aparecem desfocados em fotos tiradas com uma velocidade lenta do obturador. .

Uma equipe de pesquisa no Japão, liderada pelo professor Tamiki Komatsuzaki do Instituto de Design e Descoberta de Reações Químicas (ICReDD) da Universidade de Hokkaido, desenvolveu uma estrutura que descreve com precisão como as reações de primeira ordem aparecem dependendo do intervalo de tempo usado para medir a reação. . Seu trabalho foi descrito na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

“Durante uma reação, os átomos dos reagentes e produtos passam por uma série de rearranjos estruturais, ou isomerização, até que a reação seja completada”, explica Tamiki. "A velocidade com que essas isomerizações ocorrem significa que normalmente obtemos apenas uma compreensão simplificada do processo em qualquer ponto, por meio de um processo denominado granulação grossa."

Yutaka Nagahata, primeiro autor do estudo, diz:"Formulamos um processo de granulação grossa que satisfaz as condições de 'agrupamento exato' - a correspondência exata de uma versão simplificada de uma equação com sua contraparte detalhada original, uma teoria proposta ao longo de meio século atrás - concentrando-nos em intervalos de observação, que podem ser considerados como a 'velocidade do obturador' de uma observação científica.

"Para adotar essa correspondência, formulamos um critério para a indistinguibilidade do comportamento estatístico de formas moleculares estáveis ​​(isômeros) em função da 'velocidade do obturador' de observação."

A equipe identificou intervalos de observação importantes nos quais diferentes formas moleculares se “confundem” e o sistema parece se tornar mais simples. Eles criaram um “diagrama sistemático” que mostra como o processo de reação parece cada vez mais simplificado à medida que o intervalo de observação aumenta, eventualmente aparecendo como um processo de uma etapa (reagentes transformando-se diretamente em produtos) em longos intervalos de observação.

Usando este “diagrama sistemático”, é possível determinar imediatamente grupos indistinguíveis e obter a equação de taxa sobre os grupos aplicando a agregação exata desenvolvida.

"Ao desenvolver a granulação grossa exata, ultrapassamos as atuais teorias de aproximação, que possuem muitas omissões que as tornam bastante imprecisas", diz o professor Mikito Toda, da Escola de Pós-Graduação em Ciência da Informação da Universidade de Hyogo, e co-autor do estudar.

A equipe usou a reação de rearranjo de Claisen do éter alilvinílico para mostrar que a granulação grossa exata poderia explicar todos os caminhos de reação possíveis. O trabalho futuro se concentrará em estender este estudo a outras reações de primeira ordem. Em última análise, os investigadores esperam que o seu trabalho forneça um suporte matemático para a teoria do estado de transição.

Mais informações: Komatsuzaki, Tamiki, Uma representação abrangente de hierarquias de escala de tempo na rede de reação de primeira ordem, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317781121
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pelo Instituto de Design e Descoberta de Reações Químicas (ICReDD)