Kimistët sapo riorganizuan lidhjet atomike në një molekulë të vetme për herë të parë

Nëse kimistët do të ndërtonin makina, ata do të mbushnin një fabrikë me pjesë makinash, do t’i vinin zjarrin dhe do të shoshitnin nga hiri copa që tani dukeshin paksa si makina.

Kur keni të bëni me pjesë makinash me madhësi atomesh, ky është një proces krejtësisht i arsyeshëm. Megjithatë, kimistët kërkojnë mënyra për të reduktuar mbetjet dhe për t’i bërë reagimet shumë më të sakta.

Inxhinieria kimike ka bërë një hap përpara, me studiuesit nga Universiteti i Santiago de Compostela në Spanjë, Universiteti i Regensburgut në Gjermani dhe IBM Research Europe që detyrojnë një molekulë të vetme t’i nënshtrohet një sërë transformimesh me një shtytje të vogël tensioni.

Zakonisht, kimistët fitojnë saktësi mbi reaksionet duke ndryshuar parametrat si pH, duke shtuar ose hequr dhuruesit e protoneve në dispozicion për të menaxhuar mënyrën se si molekulat mund të ndajnë ose shkëmbejnë elektronet për të formuar lidhjet e tyre.

“Me këto mjete, sidoqoftë, kushtet e reagimit ndryshojnë në një shkallë të tillë që mekanizmat bazë që rregullojnë selektivitetin shpesh mbeten të pakapshme,” shënojnë studiuesit në raportin e tyre, të botuar në revistën Science.

Me fjalë të tjera, kompleksiteti i forcave në punë që shtyjnë dhe tërheqin një molekulë të madhe organike mund ta bëjë të vështirë marrjen e një mase të saktë mbi atë që po ndodh në secilën lidhje.

Ekipi filloi me një substancë të quajtur 5,6,11,12-tetrachlorotetracene (me formulën C18H8Cl4) – një molekulë me bazë karboni që duket si një rresht prej katër qelizave huall mjalti të rrethuara nga katër atome klori që rri pezull si bletë të uritura.

Duke ngjitur një shtresë të hollë të materialit në një copë bakri të ftohtë, të kripur me kore, studiuesit i larguan bletët e klorit, duke lënë një grusht atomesh karboni të eksitueshëm të mbajtur mbi elektrone të paçiftuara në një sërë strukturash të lidhura.

Dy nga ato elektrone në disa prej strukturave u rilidhën për fat të mirë me njëri-tjetrin, duke rikonfiguruar formën e përgjithshme të huallit të molekulës. Çifti i dytë ishin gjithashtu të prirur për t’u çiftuar jo vetëm me njëri-tjetrin, por me çdo elektron tjetër të disponueshëm që mund të gumëzhinte në rrugën e tyre.

Zakonisht, kjo strukturë e lëkundur do të ishte jetëshkurtër pasi edhe elektronet e mbetura martoheshin me njëri-tjetrin. Por studiuesit zbuluan se ky sistem i veçantë nuk ishte një sistem i zakonshëm.

Me një shtytje të butë të tensionit nga një shtyllë e bagëtisë me madhësi atomi, ata treguan se mund të detyronin një molekulë të vetme për të lidhur atë çift të dytë elektronesh në një mënyrë të tillë që katër qelizat u tërhoqën nga rreshtimi në atë që njihet si një alkine e përkulur.

Të tronditur pak më pak fuqishëm, ato elektrone u çiftuan ndryshe, duke e shtrembëruar strukturën në një mënyrë krejtësisht të ndryshme në atë që njihet si një unazë ciklobutadiene.

Çdo produkt u riformulua më pas në gjendjen origjinale me një puls elektronesh, gati për t’u kthyer përsëri në një moment.

Duke detyruar një molekulë të vetme të shtrembërohet në forma të ndryshme, ose izomere, duke përdorur tensione dhe rryma të sakta, studiuesit mund të fitojnë njohuri mbi sjelljet e elektroneve të saj dhe stabilitetin dhe konfigurimet e preferuara të përbërjeve organike.

Nga atje mund të jetë e mundur të zvogëlohet kërkimi për katalizatorët që mund të shtyjnë një reagim në shkallë të gjerë të molekulave të panumërta në një drejtim, duke e bërë reagimin më specifik.

Studimet e mëparshme kanë përdorur metoda të ngjashme për të vizualizuar rikonfigurimin e molekulave individuale, madje edhe për të manipuluar hapat individualë të një reaksioni kimik. Tani ne po ndërtojmë metoda të reja për ndryshimin e vetë lidhjeve të molekulave për të formuar izomerë që zakonisht nuk do të ishin aq të thjeshta për t’u ndërruar.

Jo vetëm që kërkimet si ky ndihmojnë për ta bërë kiminë më të saktë, por u siguron inxhinierëve mjete të reja të mprehta për të prodhuar makina në një shkallë nano, duke shtrembëruar kornizat e karbonit në forma ekzotike që nuk do të ishin të mundshme me kiminë e zakonshme.