Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Visualisering af hvert trin i cycloaddition-reaktioner på overfladen

Scanning af tunnelmikroskopibilleder af halogenerede aromatiske forstadier deponeret på en sølvoverflade. Individuelle atomer kan ses i disse billeder. Kredit:WILEY-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim

Ved at observere individuelle atomer, når de omarrangerer sig trin for trin, kemikere på RIKEN har kastet nyt lys på ruten, hvorved halogenerede aromatiske molekyler går sammen på en sølvoverflade1. Disse indsigter lover at hjælpe ingeniører med at generere atompræcise nanomaterialer og elektroniske enheder.

Molekylær elektronik og solceller er to eksempler på enheder, der kan fremstilles ved at kombinere aromatiske organiske molekyler sammen til udvidede, π-konjugerede strukturer, der leder elektricitet.

"En kraftfuld måde til direkte at konstruere nye ringstilladser med π-konjugerede træk er reaktionen kendt som dehalogenativ cykloadditionsreaktion på overfladen, "siger Chi Zhang, medlem af Yousoo Kims Surface and Interface Science Laboratory på RIKEN. "Imidlertid, mangel på viden om de mellemliggende tilstande, der dannes under denne reaktion, har hindret vores evne til præcist at designe og optimere reaktionsprodukterne. "

Et centralt spørgsmål er, hvordan sølvatomer fra overfladen, hvorpå reaktionen blev udført, interagerede med de organiske molekyler, der reagerede på deres overflade. Stabiliserer sølvoverfladen radikale mellemprodukter, eller reagerer sølvatomer fra overfladen for at danne organometalliske mellemprodukter?

o finde ud af, teamet sammenlignede de konkurrerende reaktionsmekanismer, der spilles i dehalogenative cycloaddition-reaktioner på overfladen ved at kombinere højopløsnings scanningstunnelmikroskopi (STM) billeddannelse (fig. 1) med tæthedsfunktionelle teoriberegninger.

"At 'se' og præcisere de mellemliggende tilstande, der er involveret i reaktionen, vi fangede de respektive mellemstater med velkontrollerede substrattemperaturer, "Siger Zhang." Vi undersøgte dem derefter præcist med STM -spidsen. "

Ved gradvist at øge temperaturen og observere de strukturelle ændringer, der skete ved hvert trin, forskerne var i stand til at studere cycloadditions reaktion trin for trin. De fortolkede derefter STM -billederne ved hjælp af tæthedsfunktionelle teoriberegninger af strukturen af ​​forudsagte reaktionsmellemprodukter.

Teamets kombinerede observationer og beregninger viste, at dannelsen af ​​organometalliske klynger var den dominerende reaktionsvej over radikal dannelse. I særdeleshed, reaktionens energi favoriserer i høj grad deltagelse af et sølvatom i dannelsen af ​​den organometalliske dimer frem for dannelsen af ​​det diradiske mellemprodukt.

"Real-space-visualiseringen af ​​hele reaktionsprocesserne-kombineret med yderligere fortolkninger ved teoretiske beregninger-klargjorde endelig den trinvise metal-medierede reaktionsvej, som aldrig er blevet rapporteret før, "Zhang siger." Jeg tror, ​​at denne mekanisme også kan generaliseres til andre synteser på overfladen. "

Holdet vil derefter prøve andre reaktionskildekilder såsom lys for at fremkalde reaktioner og synteser på overfladen.


Varme artikler