Spejle kontrollerer kemisk selektivitet

En kemisk reaktion omdanner de molekyler, der udgør stoffet. For at påvirke kemiske reaktioner, kemikere handler typisk på selve molekylerne, snarere end det rum, hvor reaktionen finder sted. Imidlertid, forskere ved universitetet i Strasbourg har vist, at kemiske reaktioner faktisk kan påvirkes blot ved at udføre dem mellem to spejle med passende afstand, holdt kun mikrometer fra hinanden, en karfysiker kalder et "optisk hulrum".

Inde i disse mikroskopiske "optiske hulrum", som alle andre steder i universet, elektromagnetiske udsving forekommer, selv i mørket. Disse udsving kan opfattes som bølger indespærret mellem to vægge. Når væggene er placeret i passende afstand, bølgerne forstærkes, ligesom bevægelsen af ​​et gynge forstærkes, når det skubbes med jævne mellemrum svarende til dets svingningsfrekvens. Når en væske sprøjtes ind mellem hulrummets vægge, de elektromagnetiske fluktuationer interagerer med molekylerne indeni, forudsat at hulrummet giver genlyd med en af ​​molekylets vibrationer. Hvis interaktionen er stærk nok, vibrationerne og den optiske resonans danner hybridtilstande (halvfotoniske, halvvibrerende). I det tilfælde, molekylerne kan siges at være under indflydelse af vibrational strong coupling (VSC).

Holdene af professorerne Thomas Ebbesen og Joseph Moran, specialiseret i nanovidenskab og kemisk katalyse, henholdsvis, indledte et samarbejde i 2015 for at forsøge at forstå, om VSC kunne have en effekt på kemiske reaktioner. Det følgende år, de publicerede en første artikel, der viser, at det er muligt at bremse afbeskyttelsen af ​​en trimethylsilyl-beskyttelsesgruppe med fluorid med en faktor fem.

Disse lovende resultater fik dem til at forsøge at kontrollere selektiviteten af ​​kemiske reaktioner med VSC. Med andre ord, at undersøge muligheden for at fremme dannelsen af ​​et produkt frem for et andet i en transformation, der kunne give to forskellige udfald. Til dette formål, de designede et substrat bestående af to forskellige silylgrupper, der kan reagere med fluoridionen og danne to forskellige produkter. Ved at indstille det optiske hulrum til forskellige vibrationer af molekylet, de kunne ikke kun ændre det relative udbytte af to produkter, men også vise hvilke vibrationer der er involveret i reaktionsmekanismen.

Denne banebrydende opdagelse er et proof of concept, der åbner vejen for at kontrollere kemiske reaktioner med simple fysiske midler:ved at justere afstanden mellem to spejle i mørke. I øvrigt, det er et værktøj til at forstå grundlæggende kemisk reaktivitet. Men samarbejdet mellem de to hold stopper ikke der. De studerer i øjeblikket andre typer reaktioner for at forsøge at forstå de regler, der styrer kemi under indflydelse af VSC.