Microscopio electrónico del uso de los científicos para estudiar la transformación química en la reacción de acoplamiento catalítica

Los científicos del instituto de Zelinsky de la química orgánica de la academia de ciencias rusa en Moscú manejaron observar dentro de una reacción química orgánica con el microscopio electrónico y registraron la transformación ocurrida en tiempo real. Las personas del laboratorio de profesor Ananikov aplicaron la nano-escala combinada y aproximaciones de la molecular-escala al estudio de la transformación química en la reacción de acoplamiento catalítica. El estudio se publica en comunicaciones de la naturaleza.

La microscopia electrónica es un método único para estudiar la estructura de la materia, proveyendo de imágenes de diversos objetos aumentos hasta el nivel de átomos individuales sondando las muestras con el haz electrónico. La característica dominante de este método está ofreciendo una imagen del objeto que es directo analizar. Sin embargo, esa ventaja se ha utilizado hasta ahora activamente para estudiar exclusivamente los objetos sólidos. La razón de esto pone en condiciones duras dentro de un microscopio electrónico, particularmente, extremadamente - presión inferior en la cámara del espécimen, que puede alcanzar un milmillonésima de la presión atmosférica, así solamente las muestras no volátiles sólidas pueden sobrevivir. Pero la mayoría de los procesos químicos ocurre en ambiente líquido y el reto para la microscopia electrónica es supervisión in situ de las transformaciones químicas. El interés en el uso de la microscopia electrónica de observar reacciones químicas en ambientes líquidos ha llevado a la aparición de los métodos que permiten el preservar de muestras en su estado nativo incluso en alto vacío.

Los investigadores en Zelinsky instituyen las cápsulas especiales usadas que protegen muestras contra el alto vacío. Los procesos químicos dentro de estas cápsulas fueron observados a través de una ventana fina que era transparente al haz electrónico. “Esto es una herramienta muy potente que los químicos apenas están comenzando a utilizar. El alcance de las reacciones que pueden ser estudiadas de esta manera es todavía estrecho, pero que es qué inspira a los científicos en comunidad de la catálisis”, el Dr. comentado Kashin, uno de los co-autores de esto estudio.

El objeto del estudio era reacción de acoplamiento muy importante de la formación de la ligazón del carbono-azufre. Los productos deseados fueron sintetizados de los thiolates del níquel, que representan los reactivos nano-estructurados integrados por mitades de los átomos y del organosulfur del níquel. La reacción fue realizada en un ambiente líquido, usando complejo soluble del paladio como catalizador. Como consecuencia, los científicos han demostrado las posibilidades del empleo de nuevos tipos de reactivos con micro pedida y de nanostructures en síntesis orgánica. La microscopia electrónica ha permitido trazar la evolución de las partículas del reactivo durante la reacción química.

“Hemos observado con éxito la reacción catalítica orgánica en un ambiente líquido dentro del microscopio electrónico, que abre las nuevas oportunidades para el campo extenso de la química. La combinación de la microscopia electrónica con observaciones de la espectrometría de masa, mediciones cinéticas usando estudios de la cromatografía de gas, y de la espectroscopia de radiografía usando la fuente de la radiación de sincrotrón permitió que estableciéramos el mecanismo de la reacción y determinar el efecto de las propiedades de los reactivos en diversos niveles de organización estructural sobre su comportamiento bajo reacción condiciona”, el Dr. comentado Kashin.

Un estudio extenso de la reacción desde el punto de vista mecánico fue complementado con la demostración de la posibilidad de su uso práctico para la síntesis de diversas substancias con sulfuro orgánicas. La reacción resultó ser aplicable para una amplia gama de substratos, con los productos obtenidos en altos rendimientos del hasta 99%.

“Los resultados pueden servir como nuevo estímulo para la investigación avanzada en la intersección de la química orgánica y del nanoscience. Indudablemente, la observación de transformaciones químicas complejas usando microscopia electrónica en la solución se convertirá en una parte inalienable en el estudio de procesos dinámicos en química orgánica y la catálisis, mientras que las grabaciones de vídeo de reacciones químicas pronto se convertirán en una herramienta rutinaria en el arsenal de químicos”, comentó profesor Ananikov. El “uso generalizado de esta aproximación ayudará a estudiar las características de cada reacción individual detalladamente, que enormemente facilitarán la mejoría de las tecnologías actualmente disponibles para la producción de remedio, de agrochemicals, de materiales funcionales y de otras substancias prácticamente útiles.”