Científicos del Instituto Zelinsky de Química Orgánica de la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú tomaron imágenes de una reacción química orgánica con un microscopio electrónico y registraron la transformación en tiempo real. El equipo del laboratorio del Prof. Ananikov aplicó enfoques combinados a nanoescala y a escala molecular para el estudio de la transformación química en una reacción catalítica de acoplamiento cruzado. El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

La microscopía electrónica es un método único para estudiar la estructura de la materia, proporcionando imágenes de objetos pequeños con aumentos hasta el nivel de átomos individuales al sondear las muestras con un haz de electrones. La característica clave de este método es proporcionar una imagen del objeto que es fácil de analizar. Sin embargo, esa ventaja se ha utilizado hasta ahora para estudiar objetos sólidos exclusivamente. Esto se debe a las duras condiciones dentro de un microscopio electrónico, en particular, la presión extremadamente baja en la cámara de muestras, que puede alcanzar una mil millonésima parte de la presión atmosférica. Por lo tanto, solo las muestras sólidas no volátiles pueden sobrevivir. Pero la mayoría de los procesos químicos ocurren en un medio líquido y el desafío para la microscopía electrónica es el monitoreo in situ de las transformaciones químicas. El interés en el uso de microscopía electrónica para observar reacciones químicas en medios líquidos ha llevado a la aparición de métodos para preservar las muestras en su estado nativo. incluso en alto vacío.

Los investigadores del Instituto Zelinsky utilizaron cápsulas especiales que protegen las muestras del alto vacío. Los procesos químicos dentro de estas cápsulas se observaron a través de una ventana delgada que era transparente al haz de electrones. "Esta es una herramienta muy poderosa que los químicos recién están comenzando a usar. La gama de reacciones que se pueden estudiar de esta manera es todavía limitada, pero eso es lo que inspira a los científicos de la comunidad de catálisis, "dijo el Dr. Kashin, uno de los coautores de este estudio.

El objeto del estudio fue la reacción de acoplamiento cruzado de la formación de enlaces carbono-azufre. Los productos deseados se sintetizaron a partir de tiolatos de níquel, que representan los reactivos nanoestructurados compuestos por átomos de níquel y restos orgánicos de azufre. La reacción se llevó a cabo en medio líquido, utilizando complejo de paladio soluble como catalizador. Como resultado, los científicos han demostrado las posibilidades de nuevos tipos de reactivos con micro y nanoestructuras ordenadas en síntesis orgánica. La microscopía electrónica ha permitido rastrear la evolución de las partículas de reactivo durante una reacción química.

"Hemos observado con éxito la reacción catalítica orgánica en un medio líquido dentro del microscopio electrónico, lo que abre nuevas oportunidades para el vasto campo de la química. La combinación de microscopía electrónica con observaciones de espectrometría de masas, mediciones cinéticas mediante cromatografía de gases, y los estudios de espectroscopia de rayos X utilizando la fuente de radiación sincrotrón permitieron establecer el mecanismo de reacción y determinar el efecto de las propiedades de los reactivos en diferentes niveles de organización estructural sobre su comportamiento en condiciones de reacción, "comentó el Dr. Kashin.

Un extenso estudio de la reacción desde el punto de vista mecanicista se complementó con una demostración de la posibilidad de su aplicación práctica para la síntesis de sustancias orgánicas que contienen azufre. La reacción resultó ser aplicable a una amplia gama de sustratos, con los productos obtenidos en altos rendimientos de hasta el 99 por ciento.

"Los resultados pueden servir como un nuevo estímulo para la investigación avanzada en la intersección de la química orgánica y la nanociencia. Sin duda, la observación de transformaciones químicas complejas mediante el uso de microscopía electrónica en solución se convertirá en una parte irrenunciable en el estudio de los procesos dinámicos en química orgánica y catálisis, Considerando que las grabaciones en vídeo de reacciones químicas pronto se convertirán en una herramienta de rutina en el arsenal de los químicos, ", dijo el profesor Ananikov." La aplicación generalizada de este enfoque ayudará a estudiar las características de cada reacción individual en detalle, que facilitará enormemente la mejora de las tecnologías actualmente disponibles para la producción de medicamentos, agroquímicos, materiales funcionales y otras sustancias prácticamente útiles ".