據美國物理學家組織網12月20日報道，美國亞利桑那大學的科學家首次成功地將金屬原子插進了甲烷氣體分子中，并精確地測定了所得到的“金屬-甲烷化合物”分子的結構，為有機化合物的合成特別是新藥研制開創(chuàng)了新的制造工藝，新發(fā)現(xiàn)也能讓人們更好地理解金屬在活性生物體內的工作模式。研究發(fā)表在《美國化學學會雜志》上。
有機物衰敗會產生甲烷，科學家一直希望利用豐富的甲烷來生產其他化學產品。但是作為最簡單的碳氫化合物，甲烷在和其他分子相互作用時會有點“內向”，需要各種方法來“激活”。領導這項研究的亞利桑那大學化學家露西·茲瑞斯表示，金屬插入會讓甲烷分子更活躍，即將金屬插入甲烷分子中激活甲烷，使其更容易和其他物質發(fā)生化學反應，比如利用被激活的甲烷分子制造乙醇。
茲瑞斯研究團隊將鋅加熱成氣態(tài)，讓其蒸發(fā)進一個真空室，接著再向真空室添加甲烷氣體。在一個放電設備提供的能量下，鋅和甲烷組成的氣體混合物變成發(fā)光的等離子體，金屬-甲烷化合物分子瞬間形成。
甲烷分子由碳原子和四個氫原子組成了四個碳氫鍵，科學家之前曾預測，金屬可以插入甲烷的碳氫分子鍵中，但沒有一篇論文表示可以在氣體狀態(tài)插入，這是科學家首次嘗試在氣態(tài)下合成金屬甲烷分子并獲得成功。新化合物穩(wěn)定地存在了幾秒鐘——在工業(yè)領域，幾秒鐘足以將其直接轉變?yōu)槠渌镔|。茲瑞斯說：“化學工程師們非常希望利用甲烷等普遍存在的有機化合物，將其轉變?yōu)楦鞣N更復雜、更有價值的產品，比如塑料或聚合物等。新發(fā)現(xiàn)能使其工業(yè)應用變得更簡單、更低廉、更快速。”
由于該分子是在氣體狀態(tài)制造，其分子結構得以精確地測量。研究人員使用特定波長的微波來發(fā)送電磁能量并讓其通過等離子體，然后使用探測器探測了真空內能量中的液滴（每類分子都會留下自己的能源液滴），并據此得到了新物質的分子結構，同之前預測的一樣。
金屬原子嵌入復雜的有機分子在自然界廣泛存在，生物體中任何復雜的化學反應都有金屬的參與。一個典型的例子是血紅素和鐵，包含鐵原子的蛋白分子可以精確地捕捉氧氣并將其運往血液中。
茲瑞斯表示，金屬在生物學中起著非常重要的作用，比如許多酶發(fā)揮作用都離不開金屬鋅，理解鋅在簡單的甲烷分子中如何工作，有助于更好理解其在酶等更復雜分子中的工作模式。
