科学家观察到有机分子最外层电子分布情况

科技日报记者 刘霞

日本名古屋大学科学家领导的团队通过实验，成功观察了有机分子最外层电子（价电子）的分布情况。由于原子之间的相互作用由价电子控制，这一成果揭示了化学键的基本性质，有望促进药学和化学工程等领域的发展。相关论文发表于最新一期《美国化学学会杂志》。

研究人员观察到价电子的分布。 图片日本理化学研究所

原子内电子的行为非常复杂，内层电子称为核心电子，不与其他原子相互作用，主要作用是稳定原子自身；而外层电子决定了材料的大部分性质。鉴于此，了解材料的性质需要获取其价电子的信息。此前人们很难通过实验单独分离出价电子信息，只能依靠理论模型和光谱学进行估计。

在最新研究中，通过在日本大型同步辐射光源SPring-8进行的同步加速器X射线衍射实验，团队观察了甘氨酸分子的价电子状态。

团队观察到的电子云并非预测的平滑形状，而是处于破碎离散状态。这种电子云分布证明了电子的量子力学性质。他们随后借助先进的量子化学计算，证实了实验结果和理论预测完美匹配。

在此基础上，团队对更复杂的胞苷分子进行了类似的实验和计算。他们成功提取了碳双键中的电子，并清楚地观察到碳—碳和碳—氮键之间的差异。

这项研究使直接可视化化学键成为可能，有助于设计出新型功能材料，更深入地理解各种反应机制。此外，研究还有助解释药物效果之间的差异。

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