Científicos de la Universidad de California en
Berkeley (EE UU) y de la Universidad del País Vasco han fotografiado por
primera vez los cambios atómicos en una molécula mientras experimenta una
reacción química. Las imágenes permiten observar los procesos de ruptura y
creación de enlaces entre sus átomos, según publica la revista Science Express.
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| Las fotografías captan los cambios atómicos durante la reacción. / UPV/EHU |
Conseguir una imagen de una molécula mientras está sufriendo
una reacción ha sido considerado uno de los santos griales de la química. Pero
ahora científicos de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) y de la
Universidad del País Vasco (UPV/EHU) han logrado, por primera vez, fotografiar
con gran precisión una molécula antes e inmediatamente después de una reacción
orgánica compleja.
Las imágenes permiten apreciar los procesos de ruptura y
creación de enlaces entre los átomos que componen la molécula, según revela el
estudio que aparece esta semana en Science Express y que saldrá a mediados de
junio en la edición en papel de Science. El primer autor del artículo es Dimas
Oteyza, que acaba de reincorporarse al Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU)
tras su estancia postdoctoral en Berkeley.
Los modelos estructurales de moléculas en los que
tradicionalmente se ha confiado para comprender las reacciones provienen de
medias calculadas sobre medidas indirectas de un enorme número de moléculas
–del orden de 1020–, así como de cálculos teóricos, pero nadie había tomado
antes imágenes de moléculas individuales antes y justo después de una reacción
como la estudiada.
“La importancia de
nuestro descubrimiento es que hemos sido capaces de obtener imágenes detalladas
de las estructuras en las que una molécula se puede transformar sobre una
superficie, y de esa manera hemos podido determinar los movimientos atómicos
que subyacen en esas transformaciones químicas”, explica Ángel Rubio,
catedrático de la UPV/EHU y coautor del trabajo.
Imágenes en alta definición
En concreto, los investigadores han captado imágenes de alta
definición de un oligo-enediyne (una molécula simple compuesta por tres anillos
de benceno enlazados por átomos de carbono) depositados en una superficie plana
de oro. La técnica utilizada es la llamada non-contact Atomic Force Microscopy
(nc-AFM), que se basa en un instrumento con una sonda táctil
extraordinariamente sensible.
Este microscopio de fuerza atómica utiliza una aguja muy
fina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica, de
forma parecida a la que utilizamos para leer una palabra escrita en Braille con
las yemas de los dedos. Como las moléculas de oligo-enediyne son tan pequeñas
(10–9 m), la punta de la sonda se configuró para que consistiera en un único
átomo de oxígeno. Ese átomo proviene de una única molécula de monóxido de
carbono, CO, adsorbida en la punta del microscopio AFM y actúa como 'dedo' en
la lectura táctil.
Moviendo este 'dedo' atómico adelante y atrás a lo largo de
la superficie, obtuvieron perfiles que correspondían con las posiciones
precisas de los átomos y los enlaces químicos del oligo-enediyne. Avances
recientes en esta técnica de microscopia la han hecho tan precisa que los
investigadores han podido incluso distinguir si los enlaces entre los átomos de
carbono eran simples, dobles o triples. Después, calentaron la superficie en la
que se encontraban las moléculas, induciendo una reacción química relacionada
estrechamente con las ciclizaciones.
Las ciclizaciones, descubiertas por el profesor Bergman, de
la Universidad de Berkeley, a comienzos de los años 70, consisten en la
formación de anillos aromáticos, es decir, átomos de carbono enlazados en
cadenas se pliegan en forma de anillo.
“Los perfiles que
registramos tras hacer reaccionar las moléculas muestran claramente cómo se
forman nuevos enlaces químicos y cómo los átomos dentro de las moléculas se
reorganizan para formar nuevas estructuras”, explica Dimas Oteyza. Los
resultados se han podido interpretar y analizar microscópicamente gracias a
simulaciones realizadas en el grupo de Ángel Rubio.
Además de conseguir una sorprendente confirmación visual de
los mecanismos microscópicos que subyacen a las reacciones químicas orgánicas
predichas teóricamente, este trabajo tiene relevancia –según los autores– para
la fabricación de nuevos materiales y aparatos electrónicos de medida de alta
precisión a escala nanométrica. Fuente: http://agenciasinc.es/
