Le sintesi chimiche nei liquidi e nei gas hanno luogo nello spazio tridimensionale. Le collisioni casuali tra le molecole devono portare a qualcosa di nuovo in un tempo estremamente breve. Ma c'è un altro modo:su una superficie dorata in condizioni di vuoto ultra alto, è possibile far combinare molecole che giacciono ancora una accanto all'altra, anche quelle che non vorrebbero mai reagire l'una con l'altra in un liquido. I ricercatori dell'Empa hanno ora scoperto una tale reazione. Soprattutto, gli esperti possono "scattare foto" e guardare ogni fase della reazione.

In chimica esistono strutture particolarmente stabili, come il cosiddetto "anello benzenico" costituito da sei atomi di carbonio interconnessi. Tali anelli costituiscono la base strutturale della grafite e del grafene, ma si trovano anche in molti coloranti, come i jeans colorano l'indaco e in molti farmaci come l'aspirina.

Quando i chimici volevano costruire tali anelli in modo mirato, usavano le cosiddette reazioni di accoppiamento, che di solito portano il nome dei loro inventori:ad esempio, la reazione di Diels-Alder, la reazione di Ullmann, la ciclizzazione di Bergman o l'accoppiamento Suzuki. Ora ce n'è un altro che non ha ancora un nome. È stato scoperto da un team dell'Empa insieme al Max Planck Institute for Polymer Research di Magonza. La loro ricerca correlata è stata pubblicata su Nature Synthesis e Chimica delle recensioni sulla natura .

Tutto all'asciutto

I ricercatori dell'Empa hanno omesso i liquidi nella loro sintesi chimica e hanno invece attaccato i materiali di partenza a una superficie d'oro in un vuoto ultra alto. Il materiale di partenza (diisopropil-p-terfenile) può essere osservato riposare tranquillamente nel microscopio a effetto tunnel raffreddato prima che i ricercatori aumentino il calore.

Alza il riscaldamento:movimento sulla pista da ballo

A temperatura ambiente non succede ancora nulla, ma a circa 200 gradi centigradi si verifica una reazione sorprendente che non accadrebbe mai nei liquidi:i due gruppi isopropilici, normalmente completamente inattivi dal punto di vista chimico, si uniscono per formare un anello benzenico. Il motivo:a causa della salda "adesione" sulla superficie dell'oro, un atomo di idrogeno viene prima allentato e poi rilasciato dalla molecola. Questo crea radicali di carbonio in attesa di nuovi partner. E ci sono molti partner sulla superficie dell'oro. A 200 gradi Celsius, le molecole vibrano ed eseguono rapide piroette:c'è molto movimento sulla pista da ballo dorata. Quindi ciò che sta insieme si riunisce presto.

E ancora una volta tutto al rallentatore

Il matchmaking sulla superficie dorata ha due vantaggi. In primo luogo, non c'è bisogno di coercizione:la reazione avviene senza mediazione di acidi borici o atomi di alogeno che volano via. È un accoppiamento che coinvolge solo idrocarburi saturi. Le materie prime sono economiche e facili da ottenere e non ci sono sottoprodotti tossici.

Il secondo vantaggio è che i ricercatori possono osservare ogni fase della reazione, un'altra cosa che non è possibile con la chimica classica "liquida". Il team Empa semplicemente alza gradualmente il riscaldamento della superficie dorata. A 180 gradi Celsius, le molecole hanno collegato solo un braccio con le loro vicine, il secondo sporge ancora liberamente nella pista da ballo. Se ora si raffredda la superficie dell'oro all'interno di un microscopio a scansione a effetto tunnel, è possibile visualizzare e "fotografare" le molecole appena prima che vengano "sposate". Questo è esattamente ciò che hanno fatto i ricercatori. Pertanto, il meccanismo di reazione può essere seguito sotto forma di "istantanee".

Opportunità per una "nuova" chimica

I ricercatori ei loro colleghi si aspettano che emergano due tipi di effetti dal lavoro in corso. In primo luogo, il "metodo dell'istantanea" potrebbe anche essere adatto per chiarire meccanismi di reazione completamente diversi. All'Empa sono in fase di sviluppo strumenti che utilizzano impulsi laser ultracorti in un microscopio a effetto tunnel per chiarire passo dopo passo tali reazioni chimiche. Ciò potrebbe fornire ulteriori informazioni sulle reazioni chimiche e presto scuotere molte vecchie teorie.

Tuttavia, i risultati della ricerca "dal secco" potrebbero anche essere utili per sviluppare ulteriormente la chimica "liquida". Finora, la maggior parte delle reazioni documentate in letteratura provengono dalla chimica dei liquidi classica e i ricercatori delle sonde a scansione sono stati in grado di ricreare questi esperimenti. In futuro, alcune reazioni potrebbero anche essere progettate nel microscopio a scansione a effetto tunnel e successivamente trasferite alla chimica liquida o gassosa. + Esplora ulteriormente

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