Water clusters in biochemistry
血红蛋白
F97
CO-血红蛋白
F97
T72
T72 T72
T72
F97
F97
H2O， O2， CO
William Royer, Ph. Dbiochemistry and molecular pharmacology
Prospect
• 水分子团簇研究从一全新角度审视化学， 生命科学乃至气象学
水分子簇er cluster
O
H
M. F. Chaplin, Nature Reviews Molecular Cell Biology
Sub-structures of water cluster
Lone pair electrons
五角十二面体 水四面体电荷分布 五元环键角为108 ° 水键角为104. 5°
2[ 512 ] (1/2,1/2,1/2),(0,0,0)
6[ 51262 ] (1/4,/1/2,0),(3/4,1/2,0)
晶胞化学式 晶系 8CH4·46H2O 立方
晶胞参数/pm 1180
CH4所处多面体 2 [ 512 ] ,6[ 51262 ]
8CH4·46H2O在273k， 30大气压下形成冰状晶体---可燃冰
Thanks H-bonds
熔点 (k)
沸点 热容 (k) (J/mol.k)
没有H-bonds水 163 188 <<76
有H-bonds水 273 373
76
K. Liu, Science, 1996, 929-993
Research method
• 红外光谱法: Liu K, Science , 1996 ,271 :929 • X射线方法： C. A. Tulk, Science, 2002, 297: 1320 • 量子化学计算: K.D. Jordan，J. Phy. Chem. ,1993, 97: 5208
CH4 - water clusters
8CH4 ·46H2O [ 512 ]
周公度,大学化学,2002,17,54
蓝色紫色[ 51262 ]， 黄色[ 512 ]
[ 51262 ]
K.D. Jordan, Science, 2005, 308, 1765
CH4 - water clusters
1m3可燃冰理论含182m3，实际164m3CH4
Buck U ,Huisken F. Chem Rev . 2000 ,100 :3863
CH4 - water clusters
机遇：可用千年 清洁能源
挑战：开采困难 温室灾难
第28届国际地质大会，2006
CO2-water cluster
O(H2O), H, C, O (CO2)
• 甲烷水合物的研究开采是一把双刃剑 • 探测手段匮乏，阻碍研究的进一步开展
C. A. Tulk et al., Science , 2002, 297, 1320
CO2,CO在水中溶解度
H. Sato，Chem. Phys. Lett. 2006, 323 ,412
Water clusters in biochemistry
血红蛋白
CO-血红蛋白
水 分 子 簇
蛋白质子结构 William Royer, Ph. Dbiochemistry and molecular pharmacology
Outer hydration shell
+
Inner hydration shell
(ordered)
Bulk water
J.-W. Shin, science, 2004, 304, 1137
Protonated water clusters
O; H； H-bonds D. M. Neumark, J. Chem. Phys. 2006, 125, 171102
水分子簇微观结构研究进展
Outline
水分子簇研究背景 水分子簇研究现状 前景展望
Outline
水分子簇研究背景 水分子簇研究现状 前景展望
Water, water everywhere
Mysteries of water cluster
OH
N. Mikami, Science, 2004 , 304 ,1134-1137
H
H
匹配 [ 512 ]稳定
Yan Zubavicus, science, 2004, 304, 974
Protonated water clusters
酸的水合物 经验化学式 结构式 HNO3·3H2O (H7O3) NO3 (H3O) NO3·2H2O
HSbCl6·3H2O (H7O3) SbCl6 (H5O2) SbCl6·H2O
HCl·3H2O (H7O3) Cl
(H5O2) Cl·H2O
Mak T C W,Zhou GD. Crystallography in Modern Chemistry : A Resource Book of Crystal Structures ,New York :Wiley ,1992
Protonated water clusters