水液滴能够表现独特的化学行为,比如能够将化学反应速率加快好几个数量级,体相无法进行的反应能够在水液滴上发生。比如一个最重要的离子世水合氢离子能够在液滴表面自发形成羟基自由基。有机醇和烷氧基离子作为与水分子/水合氢离子类似的结构,能够在微液表面产生类似行为。
有鉴于此,北京师范大学朱重钦教授、南开大学张新星研究员等通过领子力学/分子力学(QM/MM)分子动力学(MD)模拟从头算分子动力学MD模拟、MS表征,发现溶液微液滴表面的有机醇(RCH2OH)能够自发形成烷氧自由基。
研究结果表明,微液滴表面强度为10-1 V/Å的电场,以及空气-水界面的部分溶剂化结构共同作用导致RCH2OH解离生成RCH2O-和H3O+。QM/MM MD模拟结果发现RCH2O-能够在微液滴表面离子化生成RCH2O·自由基。
(2)
此外,微液滴表面的部分溶剂化结构和电场能够催化RCH2O·自由基发生结构变化为R·CHOH。这项研究结果通过分子动力学研究揭示了微液滴表面广泛存在自由基,有助于研究大气气氛中的有机醇化学。
参考文献
Ye-Guang Fang, Xiaoxu Li, Chang Yuan, Xiaojiao Li, Xu Yuan, Dongmei Zhang, Xinxing Zhang, Chongqin Zhu, Wei-Hai Fang, Spontaneous Generation of Alkoxide Radical from Alcohols on Microdroplets Surface, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202417920
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202417920