I polieni lineari sono catene di idrocarburi con proprietà ottiche ed elettriche insolite. Sono diventati un paradigma per lo studio della fotoisomerizzazione, quando le strutture molecolari si riorganizzano dall'assorbimento della luce, a causa della loro struttura molecolare diretta, potenziale di conduttività elettrica, e ruolo nella visione. Comprendere come queste molecole si riorganizzano simultaneamente attraverso la fotoisomerizzazione potrebbe far progredire la ricerca sulla scienza dei materiali consentendo la visione artificiale e producendo fili di plastica, e nuove tecnologie fotovoltaiche.
Trans 1, 3-butadiene, il più piccolo poliene, ha sfidato i ricercatori negli ultimi 40 anni a causa della sua complessa struttura elettronica allo stato eccitato e del suo ultraveloce (femtosecondi, 10 -15 s) dinamica. Il butadiene rimane l'"anello mancante" tra l'etilene (C 2 h 4 , ), che ha un solo doppio legame, e polieni lineari più lunghi con tre o più doppi legami.
Ora, un team sperimentale guidato da Albert Stolow presso l'Università di Ottawa e il National Research Council of Canada ha risolto trans 1, Dinamica elettronico-strutturale del 3-butadiene. I ricercatori hanno recentemente riportato i loro risultati in Il Giornale di Fisica Chimica .
Il gruppo di Stolow ha sviluppato una spettroscopia laser ultraveloce chiamata spettroscopia di coincidenza fotoelettrone-fotoione risolta nel tempo (TRPEPICO) per condurre questa ricerca. Il metodo prevede un processo di pompa-sonda a femtosecondi in cui un fotoelettrone emesso viene misurato in funzione del tempo. Lo spettro dei fotoelettroni e la distribuzione angolare sono sensibili alla dinamica elettronica e strutturale delle molecole. Negli ultimi 20 anni, Stolow ha applicato il suo metodo a una vasta gamma di problemi, compresa la stabilità ultravioletta delle basi del DNA e il trasferimento di protoni intramolecolari.
"Abbiamo dimostrato in molti anni che il nostro approccio funziona e abbiamo fornito molti esempi, " Ha detto Stolow. In precedenza ha studiato con John C. Polanyi e Yuan T. Lee, due vincitori del premio Nobel che hanno studiato la dinamica delle collisioni molecolari.
"Molti di noi pensavano che se potessimo capire l'etilene, il blocco costitutivo di base, saremmo in grado di capire i polieni lineari più lunghi, " ha detto Stolow. "Ma il butadiene è l'"anello mancante". Non sembrava comportarsi come in entrambi i casi".
Il team di Stolow ha scoperto che trans 1, 3-butadiene si comporta, contemporaneamente, come sia l'etilene che i polieni più lunghi. Nello specifico, esiste una competizione ultraveloce tra dinamiche simili all'etilene e dinamiche simili ai poliene.
I risultati sperimentali del gruppo di ricerca sono stati modellati in modo indipendente e confermati dal punto di vista computazionale dal gruppo di ricerca di Todd J. Martínez. Martinez è ricercatore e professore di chimica alla Stanford University, specializzato in dinamica quantistica molecolare. Michael S. Schuurman della NRC, un teorico specializzato in dinamica quantistica, anche contribuito a confermare questo lavoro.
"Questa collaborazione è fondamentale. Ognuno di noi ha ottenuto in modo indipendente gli stessi risultati, " Ha detto Stolow. "I notevoli progressi tecnici sia nell'esperimento che nella teoria ci hanno permesso di risolvere finalmente il puzzle di vecchia data della dinamica elettronica nel butadiene, l'"anello mancante" della fotofisica del poliene".
