31/05/2013 - Zum ersten Mal fotografieren sie die atomaren Veränderungen eines Moleküls in einer chemischen Reaktion

Menéame

Ein Bild eines Moleküls zu erhalten, während eine Reaktion auftritt, wurde als einer der grillen Heiligen der Chemie betrachtet. Wissenschaftler aus der Universität Berkeley und Universität des Baskenlandes Sie haben es zum ersten Mal geschafft, ein Molekül vor und unmittelbar nach einer komplexen organischen Reaktion sehr genau zu fotografieren.

Die Bilder ermöglichen es, die Prozesse des Bruchs und der Schaffung von Verbindungen zwischen den Atomen, aus denen das Molekül besteht, zu schätzen. Der Artikel mit dem Titel Direct Image of Covalent Bond Structure in Single-Molecule Chemical Reactions, von denen die Felix Fischer (Abteilung Chemie der Universität Berkeley) Michael Crommie (Abteilung Physik der Universität Berkeley) und Blonder Engel (UPV/EHU-Lehrer und Forscher des CSIC-UPV/EHUS-Materialphysikzentrums und des Donostia International Physics Center) erscheinen am 30. Mai unter den Forschungsergebnissen der Online-Ausgabe Science Express und wird Mitte Juni in der Papierausgabe von Science erscheinen. Der erste Autor des Artikels ist Dimas Oteyza, der nach seinem postdoktoralen Aufenthalt in Berkeley gerade wieder in das CSIC-UPV/EHU-Materialphysikzentrum zurückgekehrt ist.

Bild Quelle (UPV)

Organische chemische Reaktionen sind im Allgemeinen die grundlegenden Prozesse, die der gesamten Biologie zugrunde liegen, sowie wichtige industrielle Prozesse, wie z.B. die Produktion flüssiger Brennstoffe. Die Strukturmodelle der Moleküle, denen man traditionell anvertraut ist, um diese Prozesse zu verstehen, stammen aus Mittelwerten, die auf indirekten Messungen einer riesigen Anzahl von Molekülen (von 1020) sowie aus theoretischen Berechnungen berechnet wurden. Niemand hatte zuvor Bilder von einzelnen Molekülen vor und unmittelbar nach einer komplexen organischen Reaktion genommen.

"Die Bedeutung unserer Entdeckung ist, dass wir in der Lage waren, detaillierte Bilder der Strukturen zu erhalten, in denen ein Molekül auf einer Oberfläche umgewandelt werden kann, und so konnten wir die atomaren Bewegungen bestimmen, die diesen chemischen Transformationen zugrunde liegen," erklärt Angel Blond. Insbesondere haben Forscher hochauflösende Bilder von einem Oligo-enediyne (ein einfaches Molekül, das aus drei durch Kohlenstoffatome gebundenen Benzolringen besteht), die auf einer flachen Oberfläche aus Gold gelagert werden. Die verwendete Technik ist der Anruf non-contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM), die auf einem Instrument mit einer außergewöhnlich empfindlichen Touchsonde basiert. Dieses Atomkraftmikroskop verwendet eine sehr dünne Nadel, die die kleinsten Atom-Stöße erkennen kann, ähnlich wie wir sie benutzen, um ein Wort in Braille mit den Fingerspitzen zu lesen. Wie die Moleküle von Oligo-enediyne Sie sind so klein (~10-9 m), die Spitze der Sonde wurde so konfiguriert, dass sie in einem einzelnen Sauerstoffatom erhalten. Dieses Atom stammte aus einem einzigen Molekül aus Kohlenmonoxid, CO, das an der Spitze des AFM-Mikromikroskops adsorbiert war und im Touch-Lesen als "Finger" wirkt.

Durch die Bewegung dieses atomaren "Fingers" vor und zurück entlang der Oberfläche erhielten sie Profile, die den genauen Positionen der Atome und der chemischen Verbindungen der Atome entsprechen. Oligo-enediyne. Die jüngsten Fortschritte in dieser Mikroskopietechnik haben sie so genau gemacht, dass Forscher sogar unterscheiden konnten, ob die Verbindungen zwischen Kohlenstoffatomen einfach, doppelt oder dreifach waren. Dann erhitzten sie die Oberfläche, auf der sich die Moleküle befanden, was zu einer chemischen Reaktion führte, die eng mit den Cyclierungen verbunden war. Die von Professor Bergman in den frühen 70er Jahren von der Universität Berkeley entdeckten Cyclierungen bestehen aus der Bildung von aromatischen Ringen, d. h. Kohlenstoffatomen, die in Ketten gebunden sind, werden in Ringform geklebt. "Die Profile, die wir nach der Reaktion der Moleküle registrieren, zeigen deutlich, wie sich neue chemische Verbindungen bilden und wie sich die Atome innerhalb der Moleküle neu organisieren, um neue Strukturen zu bilden," erklärt Dimas Oteyza. Die Ergebnisse konnten durch Simulationen in der Angel Rubio-Gruppe mikroskopisch interpretiert und analysiert werden.

Neben einer überraschenden visuellen Bestätigung der mikroskopischen Mechanismen, die den theoretisch genannten organischen chemischen Reaktionen zugrunde liegen, ist diese Arbeit für die Herstellung neuer hochpräziser elektronischer Materialien und Geräte auf Nanoebene von Bedeutung.

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