Visualisering af molekylær bevægelse af substitueret 9-phosphaanthracen

Anthracen er en fast organisk forbindelse afledt af kultjæredestillation. Ud over dets brug som rødt farvestof, det er også blevet brugt inden for nanografenmaterialedesign, da den udviser fremragende elektroniske og lysemitterende egenskaber. En af dens derivater, kaldet 9-phosphaanthracen, er blevet bredt undersøgt i årtier på grund af dets radikale reaktivitet. Denne aktivitet giver 9-phosphaanthracener attraktive kemiske egenskaber såsom miljøvenlig redoxaktivitet, bioaktivitet, og brændbarhed.

Substituerede 9-phosphaantracener var kemisk ustabile indtil for nylig, da forskere forberedte lufttolerant 10-mesityl-1, 8-bis(trifluormethyl)-9-phosphaanthracen. Den nye, stabil forbindelse viste fremragende radikalreaktivitet og er siden blevet brugt til at forstå fotoemission og krystallinske egenskaber af materialer.

Imidlertid, ikke meget er kendt om arten af ​​radikale reaktioner, der finder sted i denne nye og lovende substituerede 9-phosphaanthracen. Den korte levetid for de forbigående radikale arter og uanalyserbare sidereaktioner gør det meget vanskeligt for konventionelle spektroskopiske og fysisk-kemiske teknikker at analysere dens struktur.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition , et team af forskere fra Tokyo Institute of Technology ledet af lektor Dr. Shigekazu Ito kom med en løsning til at overvinde dette problem. De brugte muon spin rotation/resonans (μSR) og tæthedsfeltteori (DFT) simuleringer for at forstå skeletstrukturen af ​​10-mesityl-1, 8-bis(trifluormethyl)-9-phosphaanthracen. Dr. Ito siger, "Muon spin resonans/rotationsspektroskopi er et yderst følsomt og kraftfuldt værktøj, når det kommer til at analysere organiske molekylære systemer med korte levetider. Kombineret med kraften ved beregningsmodellering, denne teknologi giver os mulighed for at se på ting, der tidligere var svære at observere."

I de spektroskopiske forsøg, det organiske stof, som er en isolator af natur, fik lov til at interagere med positive myoner (μ ⁺ ) genereret fra en højenergistråleprotonaccelerator. Ved at ramme 9-phosphaanthracen, myonerne absorberede elektroner fra prøven for at danne muonium (μ ⁺ e ^– ), som er en isotop af brint. Tilsætningen af ​​brintsurrogatet fik molekylerne til at blive svagt tiltrukket af det magnetiske felt, der kræves til μSR. Målingerne indikerede muoniumtilsætningen ved phosphoratomet i strukturen på en regioselektiv måde (hvilket betyder præference af et reaktionssted frem for et andet).

Holdet kørte også DFT-simuleringer, der antydede tilstedeværelsen af ​​to forskellige strukturer af det samme molekyle. Kun én var af dem blev forudsagt at være stabil. Disse beregninger viste også nogle hidtil usete molekylære bevægelser fremkaldt af isotopeffekten i det konjugerede system - molekyler med elektroner, der kan bevæge sig frit i strukturen.

Metoden, der blev vedtaget i denne undersøgelse, kan vise sig nyttig for forskere, der undersøger andre komplekse organiske skeletstrukturer. "Vores undersøgelse har med succes afsløret den molekylære dynamik og struktur af 10-mesityl-1, 8-bis(trifluormethyl)-9-phosphaanthracen. Denne information er afgørende, når det kommer til at udføre yderligere reaktioner og finjustere dens kemiske egenskaber til forskellige anvendelser, " slutter Dr. Ito.