科学家实时观察光化学反应的过渡态

在化学反应中，分子通过临界几何形状从反应物转变为反应产物。在化学中，几何形状是指分子中原子的排列。科学家通常将反应中的临界几何形状称为过渡态。这种状态的寿命短得几乎难以理解，不到百万分之一秒。科学家最近使用 SLAC 的超高速 “电子相机”捕捉到了关键的几何形状 。结合反应的量子模拟，研究人员能够将关键结构识别为分子的一端弯曲远离分子的其余部分。

影响

化学家使用本研究中研究的反应，即所谓的电环反应，因为它会产生非常特殊的反应产物。这些产品可以通过伍德沃德-霍夫曼规则来预测。这些规则于 1981 年获得了诺贝尔化学奖，并在每位有机化学家的本科教育期间被教授。然而，规则并没有给出详细的答案，为什么反应只产生特定的反应产物。新结果有助于解决这个悬而未决的问题。此外，它们还为研究人员为其他类型的反应创建新规则开辟了道路。这有助于使有机化学成为更强大的工具。

概括

电环反应的特点是通过一个关键几何结构同时形成和解离多个化学键。就本项目研究的α-萜品烯分子而言，两个双键和一个单键转变为三个双键。这些过程的同步和单一关键构型确保了它们的立体特异性，这一特性使它们成为合成化学的重要工具。立体特异性可以通过著名的伍德沃德-霍夫曼规则来预测。

本研究结合超快电子衍射和α-萜品烯反应动力学模拟，研究了光化学(即光触发)电环开环反应。伍德沃德-霍夫曼规则预测，α-萜品烯反应的立体特异性是通过新兴链状反应产物的末端以相同的顺时针或逆时针方向彼此远离的旋转来确保的。新结果表明，立体特异性的起源并不在于运动的确切性质。相反，立体特异性是由以下事实决定的：当分子呈现临界几何形状时，从两个双键到三个双键的变化基本上已经发生。单键解离，导致α-萜品烯环打开，