그로트투스 메커니즘

Grotthuss mechanism
양자는 하이드로늄 이온과 물 분자 사이의 일련의 수소 결합을 가로질러 터널을 통과한다.

그로트투스 메커니즘(일명 양성자 점프라고도 한다)은 '과한' 양성자 또는 양성자 결함이 인접한 분자가 관여하는 공밸런트 결합의 형성과 일치분자를 통해 물 분자나 다른 수소 결합 액체의 수소 결합 네트워크를 통해 확산되는 과정이다.

그의 1806년 저서 "전류에 의한 액체 분해의 이론"에서 테오도르 그로트수스는 물 전도성 이론을 제안했다.[1] 그로트투스는 전해질 반응을 각 산소 원자가 동시에 통과해 수소 이온 하나를 받는 일종의 '버킷 라인'으로 상상했다. 물 분자는 HO가2 아닌 OH로 생각되었고 이온의 존재는 완전히 이해되지 않았기 때문에 당시 제안하는 것은 놀라운 이론이었다. 200주년 기념일에 그의 기사는 쿠키에만으로부터 검토되었다.[2]

그로트투스는 물의 잘못된 경험적 공식을 사용하고 있었지만, 이웃 물 분자의 협력을 통해 양자가 지나가는 것에 대한 그의 묘사는 예언적으로 증명되었다.

레몬트 키어는 양성자 깡충깡충이 신경 전도를 위한 중요한 메커니즘이 될 수 있다고 제안했다.[3]

양성자 수송 메커니즘과 양성자 호핑 메커니즘

그로투스 메커니즘은 이제 양성자 호핑 메커니즘의 총칭이다. 액체 물에서 잉여 양성자의 용해는 두 가지 형태인 HO94+(유전 양이온) 또는 HO52+(Zundel 양이온)에 의해 이상화된다. 운송 메커니즘은 이 두 개의 용배 구조들 사이의 상호 변환을 수반한다고 믿어지고 있지만, 호핑 메커니즘과 운송 메커니즘의 세부 사항은 여전히 논의되고 있다. 현재 두 가지 그럴듯한 메커니즘이 있다.

  1. Eigen to Zundel to Eigen (E–Z–E) 실험 NMR 데이터에 기초하여,[4]
  2. 분자역학 시뮬레이션을 기반으로 Zundel에서 Z-Z까지.

하이드로늄 용해 쉘의 계산된 활력은 2007년에 보고되었으며, 제안된 두 메커니즘의 활성화 에너지가 계산된 수소 결합 강도와 일치하지 않지만 메커니즘 1이 둘 중 더 나은 후보일 수 있다고 제안되었다.[5]

조건부 및 시간 의존적 방사분배함수(RDF)를 사용함으로써, 하이드로늄 RDF를 아이겐과 준델이라는 두 개의 구별되는 구조물의 기여로 분해할 수 있음을 보여주었다. 아이겐 구조물의 g(r) (RDF)의 첫 번째 피크는 평형, 표준 RDF와 유사하며, 단지 약간 더 순서가 있을 뿐, Zundel 구조의 첫 피크는 실제로 두 개의 피크로 분할된다. 그런 다음 실제 양성자 이송(PT) 이벤트를 추적하여(t=0이 실제 사건 시간이 되도록 모든 PT 이벤트를 동기화한 후) 하이드로늄이 실제로 아이겐 상태에서 출발하여 양성자가 이송되면서 빠르게 준델 상태로 변환되며, g(r)의 첫 번째 피크가 둘로 갈라진다.[6]

양성자의 변칙적인 확산

그로투스 메커니즘은 양성자의 상대적 가벼움 및 작은 크기(이온 반지름)와 함께 전기장에서 양성자의 비정상적으로 높은 확산률을 설명하며, 단순히 운동장에 의한 가속으로 인한 다른 공통 양이온(표1)의 확산 속도를 비교한다. 무작위 열 운동은 양자와 다른 양이온의 움직임에 반대한다. 양자 튜닝은 양이온의 질량이 작을수록 가능성이 커지며 양성자는 가장 가벼운 안정 양이온이다.[citation needed] 따라서 양자 튜닝은 저온에서만 지배하지만, 양자 튜닝에도 약간의 영향이 있다.

표 1.
양이온 이동성 / cmVs2 −1 −1
NH4+ 0.763×10−3
나+ 0.519×10−3
K+ 0.762×10−3
H+ 3.62×10−3

참조

  1. ^ de Grotthuss, C.J.T. (1806). "Sur la décomposition de l'eau et des corps qu'elle tient en dissolution à l'aide de l'électricité galvanique". Ann. Chim. 58: 54–73.
  2. ^ Cukierman, Samuel (2006). "Et tu Grotthuss!". Biochimica et Biophysica Acta. 1757 (8): 876–8. doi:10.1016/j.bbabio.2005.12.001. PMID 16414007.
  3. ^ Kier, Lemont B. (2016). "Proton Hopping as the Nerve Conduction Message". Current Computer-Aided Drug Design. 12 (4): 255–258. doi:10.2174/1573409912666160808092011. ISSN 1875-6697. PMID 27503744.
  4. ^ Agmon, Noam (1995). "The Grotthuss mechanism". Chem. Phys. Lett. 244 (5–6): 456–462. Bibcode:1995CPL...244..456A. doi:10.1016/0009-2614(95)00905-J. Archived from the original on 2011-07-19. Retrieved 2007-04-10.
  5. ^ Markovitch, Omer; Agmon, Noam (2007). "Structure and energetics of the hydronium hydration shells". J. Phys. Chem. A. 111 (12): 2253–6. Bibcode:2007JPCA..111.2253M. CiteSeerX 10.1.1.76.9448. doi:10.1021/jp068960g. PMID 17388314.
  6. ^ Markovitch, Omer; et al. (2008). "Special Pair Dance and Partner Selection: Elementary Steps in Proton Transport in Liquid Water". J. Phys. Chem. B. 112 (31): 9456–9466. doi:10.1021/jp804018y. PMID 18630857.

외부 링크