Al observar los átomos individuales a medida que se reorganizan paso a paso, Los químicos de RIKEN han arrojado nueva luz sobre la ruta por la cual las moléculas aromáticas halogenadas se unen en una superficie plateada1. Estos conocimientos prometen ayudar a los ingenieros a generar nanomateriales y dispositivos electrónicos atómicamente precisos.

La electrónica molecular y las células solares son dos ejemplos de dispositivos que podrían fabricarse combinando moléculas orgánicas aromáticas juntas en forma extendida, Estructuras conjugadas π que conducen electricidad.

"Una forma poderosa de construir directamente nuevos andamios de anillo con características π-conjugadas es la reacción conocida como reacción de cicloadición deshalogenativa en la superficie, "dice Chi Zhang, miembro del Laboratorio de ciencia de superficies e interfaces de Yousoo Kim en RIKEN. "Sin embargo, la falta de conocimiento sobre los estados intermedios que se forman durante esta reacción ha obstaculizado nuestra capacidad para diseñar y optimizar con precisión los productos de reacción ".

Una pregunta clave es cómo los átomos de plata de la superficie sobre la que se llevó a cabo la reacción interactuaron con las moléculas orgánicas que reaccionan en su superficie. ¿La superficie de plata estabiliza los radicales intermedios? ¿O reaccionan los átomos de plata de la superficie para formar intermedios organometálicos?

o averiguarlo, El equipo comparó los mecanismos de reacción en competencia en juego en las reacciones de cicloadición deshalogenativa en la superficie mediante la combinación de imágenes de microscopía de túnel de barrido (STM) de alta resolución (Fig. 1) con cálculos de la teoría funcional de la densidad.

"Para 'ver' y aclarar los estados intermedios involucrados en la reacción, capturamos los respectivos estados intermedios con temperaturas del sustrato bien controladas, "Dice Zhang." Luego los probamos con precisión con la punta STM ".

Al aumentar gradualmente la temperatura y observar los cambios estructurales que ocurrieron en cada incremento, los investigadores pudieron estudiar la reacción de cicloadición paso a paso. Luego interpretaron las imágenes STM con la ayuda de cálculos de la teoría funcional de densidad de la estructura de los intermedios de reacción predichos.

Las observaciones y los cálculos combinados del equipo mostraron que la formación de grupos organometálicos era la vía de reacción dominante sobre la formación de radicales. En particular, la energética de la reacción favorece enormemente la participación de un átomo de plata en la formación del dímero organometálico sobre la formación del intermedio dirradical.

"La visualización en el espacio real de todos los procesos de reacción, combinada con más interpretaciones mediante cálculos teóricos, finalmente aclaró la vía de reacción escalonada mediada por metales, que nunca se ha informado antes, "Dice Zhang." Creo que este mecanismo también se puede generalizar a otras síntesis en la superficie ".

A continuación, el equipo probará otras fuentes de excitación de reacciones, como la luz, para inducir reacciones y síntesis en la superficie.