Ако химиците правеха коли, те щяха да напълнят една фабрика с автомобилни части, да я подпалят и накрая да претърсят останките за парчета, които бегло наподобяват автомобилните.

Когато си имаме вземане-даване с автомобилни части с размерите на атоми, подобен подход е напълно уместен. Въпреки това химиците се стремят да сведат отпадъците до минимум и да направят реакциите далеч по-прецизни.

Сега изследователи от Университет Сантяго де Компостела в Испания, Регенсбургския университет в Германия и IBM Research Europe направиха значителен прогрес в сферата на химичното инженерство. Те принудиха една-единствена молекула да претърпи поредица от трансформации единствено и само с помощта на съвсем малко електричество.

Обикновено химиците постигат прецизност при реакциите, като променят параметри от порядъка на pH и дори добавят или отстраняват наличните донори на протони, за да ръководят начина, по който молекулите биха могли да споделят или да разменят електрони, за да сформират връзки.

„Посредством тези начини обаче условията на реакциите се променят до такава степен, че основните механизми, ръководещи селективността, често ни се изплъзват“, пишат изследователите в своя доклад, публикуван в Science.

С други думи, много е трудно да се извършат прецизни измервания на нещата, които се случват във всяка една връзка.

Ето защо учените решават да променят това. Те започват своите експерименти със субстанция, наречена 5,6,11,12-тетрахлоротерацен (с формула C18H8Cl4) – това е базирана на въглерода, която прилича на медена пита с четири хлорни атома (по 2 от двете ѝ страни), надвиснали над нея като гладни пчели.

След като вкарват тънък пласт от този материал в студено и покрито със сол парче мед, изследователите успяват да прогонят хлорните „пчели“. Така те получават няколко възбудени въглеродни атоми, придържащи се към несвдоени електрони в едни свързани помежду си структури.

Източник: Alabugin & Hu, Science, 2022

Два от тези електрона в някои от структурите се свързват помежду си и съответно променят формата на молекулата, наподобяваща медена пита. Втората двойка също решава да се сдвои – но не само помежду си, но и с който и да е друг електрон, който се изпречи на пътя ѝ.

Обикновено подобна структура би имала доста краткотраен живот. Учените обаче установяват, че тази конкретна система въобще не е обикновена. След като подават съвсем малко електричество към нея, те успяват да принудят една-единствена молекула да се свърже с тази въпросна втора двойка електрони по такъв начин, че четирите клетки се разбъркват и образуват деформиран алкин.

Ако бъдат разбъркани малко по-енергично, тези електрони се сдвоят по по-различен начин и изкривяват формата на структурата до такава степен, че тя вече прилича на циклобутадиенен пръстен.

Накрая всеки един от тези продукти се връща в оригиналната си форма посредством импулс от електрони – в готовност да се променят отново по команда.

Сега, когато учените могат да принудят една-единствена молекула да приеме различни форми (или изомери) с помощта на конкретно количество електричество, изследователите биха могли да научат повече за поведението на електроните и стабилността на конкретни конфигурации от органични смеси.

Впоследствие те биха могли да намерят подходяща катализатор, който да предизвика широкомащабна реакция, която да тласне безброй молекули в една конкретна посока и съответно – да направи реакцията много по-конкретна.

Изследването е публикувано в Science.

Източник: Science Alert