Gli spettrometri di massa sono macchine ad alta tecnologia che svolgono un ruolo importante nella nostra società. Sono strumenti analitici altamente sensibili indispensabili in settori quali la diagnostica medica, il controllo della qualità degli alimenti e il rilevamento di sostanze chimiche pericolose.
Il gruppo di ricerca guidato dal Dr. Jonas Warneke dell'Istituto Wilhelm-Ostwald di chimica fisica e teorica dell'Università di Lipsia sta lavorando per modificare gli spettrometri di massa in modo che possano essere utilizzati per uno scopo completamente diverso:la sintesi chimica di nuove molecole. Questi spettrometri di massa preparativi possono essere utilizzati per produrre composti chimici in un modo nuovo.
I ricercatori hanno recentemente sintetizzato un nuovo composto da un frammento molecolare carico e azoto presente nell’aria, che ha un’ampia gamma di potenziali applicazioni nella costruzione di nuove strutture molecolari. Hanno pubblicato le loro nuove scoperte sulla rivista Angewandte Chemie . La copertina del diario visualizza il concetto di "raccolta" di molecole composte da frammenti in un approccio simile a una scatola di semi nella fase gassosa di uno spettrometro di massa direttamente in un pallone chimico che verrebbe tipicamente utilizzato per la sintesi convenzionale.
Lo sviluppo di nuovi modi per rompere e riformare i legami chimici è uno dei compiti principali della ricerca chimica di base.
"Quando un legame in una molecola carica viene rotto, il risultato è spesso un frammento chimicamente "aggressivo", che chiamiamo frammento reattivo. Questi frammenti sono difficili da controllare utilizzando metodi consolidati di sintesi chimica. Puoi pensarli come bestie selvagge che attaccano qualsiasi cosa sul loro cammino. In uno spettrometro di massa, ci sono molti modi per rompere certi legami e generare frammenti," dice il dottor Warneke, descrivendo i processi negli spettrometri di massa.
Secondo lui, le "bestie" sono tenute in condizioni speciali perché all'interno dello spettrometro di massa c'è il vuoto. Ciò significa che non hanno nulla da attaccare, impedendo così reazioni chimiche incontrollate. "Se poi offriamo una certa molecola, ad esempio l'azoto, che normalmente non è reattiva e non si lega, la bestia ne sarà soddisfatta perché non ha altra scelta", dice. In questo modo, le molecole che sono molto difficili da legare, come l'azoto, possono essere facilmente incorporate in una nuova sostanza", continua Warneke.
In passato, il gruppo di ricerca ha utilizzato questo approccio per portare frammenti reattivi in reazioni molto insolite, ad esempio con i gas nobili, che sono gli elementi chimici più difficili da legare. "La strategia di base di controllare le bestie chimiche negli spettrometri di massa non è nuova", afferma Warneke. È stato utilizzato per decenni per analizzare le proprietà dei frammenti reattivi. Tuttavia, i nuovi composti trovati in questo modo non potevano essere ulteriormente utilizzati.
Gli spettrometri di massa mostrano cosa succede al loro interno, ma le nuove sostanze vengono prodotte solo in piccole quantità e di solito non possono essere estratte. Spesso vengono semplicemente distrutti quando viene generato il segnale utilizzato per le analisi.
Questo è il motivo per cui i ricercatori di solito escono dagli esperimenti con gli spettrometri di massa con "grande conoscenza" ma "a mani vuote". "Hanno la bestia sotto controllo. Succede esattamente quello che speravano, osservano la nuova molecola con proprietà potenzialmente affascinanti, e poi scompare", afferma Warneke, descrivendo gli esperimenti chimici negli spettrometri di massa convenzionali.
La nuova pubblicazione potrebbe cambiare radicalmente questa visione delle reazioni chimiche negli spettrometri di massa. Il gruppo di ricerca ha prodotto una nuova sostanza da un frammento aggressivo e da azoto non reattivo e l'ha raccolta con spettrometri di massa preparativi in quantità sufficienti in modo che potesse essere vista ad occhio nudo, maneggiata e ulteriormente sperimentata.
La quantità di sostanza prodotta con questo metodo rimarrà limitata per qualche tempo alle applicazioni della tecnologia a film sottile. Tuttavia, la spettrometria di massa preparativa potrebbe presto aprire possibilità completamente nuove per queste applicazioni, ad esempio nella produzione di microchip, celle solari o rivestimenti biologicamente attivi.
Ulteriori informazioni: Markus Rohdenburg et al, Sintesi chimica con ioni molecolari gassosi:raccolta [B12 Fratello11 N2 ] - da uno spettrometro di massa, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202308600
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie , Angewandte Chemie
Fornito dall'Università di Lipsia
