Una reacción de uso frecuente en química orgánica es la sustitución nucleófila. Juega, por ejemplo, un papel importante en la síntesis de nuevos compuestos químicos o para biomoléculas en solución y, por lo tanto, es de gran importancia industrial. En esta reacción, las partículas cargadas se encuentranmoléculas y un grupo molecular se reemplaza por otro. Durante mucho tiempo, la ciencia ha estado tratando de reproducir estos procesos en la interfaz de la química y la física en el laboratorio y comprenderlos a nivel atómico. El equipo dirigido por el físico experimental Roland Westeren el Instituto de Física Iónica y Física Aplicada de la Universidad de Innsbruck es uno de los principales grupos de investigación del mundo en este campo.
Reacción de intercambio de protones fortalecida
En un experimento especialmente construido, los físicos de Innsbruck colisionan las partículas cargadas con moléculas en el vacío y examinan los productos de reacción. Para determinar si la excitación por vibración dirigida tiene un impacto en una reacción química, los científicos usan un rayo láser que excita una vibraciónen la molécula. En el experimento actual, se utilizaron iones de flúor con carga negativa F- y moléculas de yoduro de metilo CH3I. En la colisión, debido al intercambio de un enlace de yodo con un enlace de flúor, una molécula de fluoruro de metilo y unSe forman iones de yodo cargados negativamente. Antes de que las partículas se encuentren, el láser excita las vibraciones de estiramiento de carbono-hidrógeno en la molécula. "Nuestras mediciones muestran que la excitación láser no mejora la reacción de intercambio", dice la científica participante Jennifer Meyer. "Los átomos de hidrógenosimplemente parece estar observando la reacción ". El resultado se confirma por la observación de que una reacción competitiva aumenta fuertemente. En este otro intercambio de protonesreacción, se extrae un átomo de hidrógeno de la molécula de yoduro de metilo y se forma fluoruro de hidrógeno HF."Dejamos que las dos especies colisionen 20 veces por segundo, el láser se aplica en cada segunda colisión y repetimos el proceso millones de veces", explica Meyer."Cada vez que se irradia el láser, esta reacción de intercambio de protones se amplifica drásticamente".Los químicos teóricos de la Universidad de Szeged en Hungría y la Universidad de Nuevo México en los Estados Unidos han respaldado aún más los resultados experimentales de Innsbruck utilizando simulaciones por computadora.
Papel del espectador en foco
Hasta ahora, en investigaciones de alta precisión de procesos químicos, solo se ha estudiado el modelo más simple, la reacción de un átomo con una molécula diatómica. "Aquí, todas las partículas están inevitablemente involucradas en la reacción. No hay observadores".dice Roland Wester. El sistema que estamos estudiando ahora es tan grande que aparecen los observadores. Sin embargo, aún es lo suficientemente pequeño como para poder estudiar a estos observadores con mucha precisión. "Para las moléculas grandes, hay muchas partículas que no están directamente involucradas en elreacción. La investigación de su papel es uno de los objetivos a largo plazo del grupo Wester. Los investigadores también quieren refinar el experimento actual para descubrir posibles efectos sutiles.
Química controlada por láser
La cuestión de si ciertas reacciones pueden intensificarse mediante la excitación dirigida de grupos moleculares individuales también es una consideración importante. "Si comprende algo, también puede ejercer control", resume Roland Wester ". En lugar de estimular una reacción a través decalor, puede tener sentido estimular solo grupos individuales de moléculas para lograr una reacción específica ", agrega Jennifer Meyer. Esto puede evitar procesos de reacción competitivos que son un problema común en la química industrial o la investigación biomédica. Cuanto más preciso sea el control sobre el químicoreacción, cuanto menos desperdicio se produce y menores son los costos.
El artículo actual ha sido publicado en la revista Avances científicos . La investigación fue financiada, entre otros, por el Fondo de Ciencia de Austria FWF y la Academia de Ciencias de Austria.
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Materiales proporcionados por Universidad de Innsbruck . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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