IBM &Warwick Image Molécula Triangular Altamente Reativa pela Primeira Vez

Triangulene chega primeiro de perto graças aos cientistas da IBM e da Universidade de Warwick
(7 de abril, ATUALIZAÇÃO:o artigo é destaque na capa da edição de abril da Nature Nanotechnology).

Abril 2017 Volume 12 No 4 da Nature Nanotechnology. Crédito da imagem Niko Pavlicek, IBM Research. Design da capa:Bethany Vukomanovic
Publicado hoje na Nature Nanotechnology, os cientistas da IBM estão realmente tornando o invisível visível
Algumas semanas atrás, a IBM lançou suas cinco previsões anuais para os próximos cinco anos com base neste tema. Cientistas da IBM em Zurique estão apresentando um bom argumento para adicionar uma sexta previsão com sua mais recente conquista científica - a imagem de alguns dos menores objetos conhecidos pela ciência.

Embora não sejam nomes familiares, moléculas incluindo pentaceno, olympicene, hexabenzocoronene e cefalandol A são todas moléculas microscópicas que são tradicionalmente representadas usando modelos de bastão estrutural 2D - pense em sua aula de química do ensino médio.

Mas, graças a uma técnica de microscopia publicada pelos cientistas da IBM em 2009, físicos, biólogos e químicos de todo o mundo podem agora imagens dessas moléculas com notável clareza e precisão, em alguns casos pela primeira vez, décadas após terem sido teorizadas pela primeira vez, permitindo-lhes estudar e manipular com incrível precisão.

David Fox, da University of Warwick, explica “Para os químicos, é incrível poder ver moléculas individuais em alta resolução, especialmente as incomuns ou altamente reativas. É a melhor forma de confirmar a estrutura deles. ”

Prof. David Fox, da University of Warwick, colaborou pela primeira vez com a IBM Research em 2012.
Além da imagem, a equipe da IBM, que inclui dois vencedores de bolsas do European Research Council (ERC), Leo Gross e Gerhard Meyer, também é capaz de manipular moléculas para causar reações químicas para que as moléculas possam ser sintetizadas a partir de moléculas precursoras adsorvidas.
Por exemplo, quase um ano atrás, em colaboração com CiQUS na Universidade de Santiago de Compostela, os cientistas desencadearam e observaram uma fascinante reação de rearranjo molecular conhecida como ciclização de Bergman e no ano anterior eles estudaram e visualizaram arinos, uma família de altamente moléculas reativas de vida curta que foram sugeridas pela primeira vez há 115 anos - provando que elas de fato existem. E agora, eles estão fazendo isso de novo.

Aparecendo hoje na Nature Nanotechnology, cientistas da IBM em colaboração com químicos da Universidade de Warwick sintetizaram e caracterizaram uma molécula complicada chamada trianguleno, também conhecido como hidrocarboneto de Clar, que foi hipotetizado pela primeira vez em 1953.

Anish Mistry, da Universidade de Warwick continua, “Os químicos sempre pensaram que o trianguleno seria muito instável para isolar. Com base em nossa colaboração olímpica anterior, adicionamos um anel extra à molécula e um nível extra de complexidade à ciência, mas conseguimos fazer uma molécula anteriormente impossível com propriedades potencialmente realmente interessantes. ”

O primeiro autor do artigo, o pesquisador da IBM, Niko Pavliček, comenta:“Neste trabalho, usamos nossa técnica de manipulação atômica dos artigos aryne e Bergman para gerar trianguleno, que nunca havia sido sintetizado antes. É uma molécula desafiadora porque é altamente reativa, mas também é particularmente interessante por causa de suas propriedades magnéticas. ”

Como eles demonstraram em trabalhos anteriores, os cientistas da IBM usam um microscópio de tunelamento de varredura (STM) e um microscópio de força atômica (AFM), ambos inventados por ex-cientistas da IBM na década de 1980 e reconhecidos com os prêmios Nobel e Kavli, respectivamente.

Em sua última pesquisa, a ponta afiada da combinação STM / AFM foi usada para remover dois átomos de hidrogênio da molécula precursora. O STM faz suas medições por tunelamento mecânico quântico de elétrons entre uma ponta muito próxima a uma superfície de amostra e aplicando uma voltagem entre eles. Em uma voltagem apropriadamente alta, os "elétrons de tunelamento" podem induzir a remoção das ligações específicas dentro da molécula precursora. A molécula do produto pode então ser caracterizada por seus orbitais moleculares durante a geração de imagens em tensões mais suaves.

Essas medições, combinadas com cálculos da teoria funcional da densidade, confirmaram que o trianguleno mantém as propriedades das moléculas livres na superfície.

A equipe também usou o AFM, com uma ponta terminada em uma única molécula de monóxido de carbono, para resolver ou fazer a imagem da molécula planar com seus seis anéis de benzeno fundidos, que aparecem em um triângulo simétrico, pela primeira vez. Os resultados produziram algumas surpresas agradáveis.

Cientista da IBM Leo Gross co-desenvolveu a técnica AFM para trianguleno de imagem.
Gross explica, “Radicais apresentam elétrons desemparelhados, e anteriormente estávamos investigando radicais sigma. Nestes, os elétrons desemparelhados são atribuídos a certos átomos e descobrimos que estes sempre formaram ligações com o cobre. Mas ficamos surpresos que nenhuma ligação se formou para trianguleno em cobre. Achamos que é porque o trianguleno é um radical pi, o que significa que seus elétrons desemparelhados são deslocalizados. ”
São exatamente esses elétrons desemparelhados que tornam a molécula interessante. Na física clássica, uma partícula carregada movendo-se no espaço possui momento angular e produz um campo magnético ao seu redor. Na mecânica quântica, cada partícula - movendo-se no espaço ou não - possui um momento angular intrínseco adicional, que é chamado de 'spin'. Na maioria dos hidrocarbonetos convencionais, os elétrons estão sempre emparelhados e o efeito de seus spins é cancelado. Mas em moléculas como o trianguleno, o spin dos elétrons desemparelhados leva ao magnetismo na escala molecular.

Os autores acreditam que além da ciência, existem também várias aplicações interessantes para este trabalho.

Pavliček explica:“Segmentos semelhantes ao trianguleno incorporados às nanofitas de grafeno foram sugeridos como uma maneira elegante de projetar dispositivos spintrônicos orgânicos.”

Nanofitas de grafeno estão sendo pesquisadas para aplicações em materiais nanocompósitos, que são muito fortes e leves. O campo da spintrônica está sendo estudado por grupos ao redor do mundo, inclusive na IBM, para armazenamento e processamento de informações.

Pavliček continua, “Nós também pudemos demonstrar que seu magnetismo sobrevive em superfícies de xenônio ou cloreto de sódio. No entanto, não podemos obter uma imagem detalhada de seu estado magnético e possíveis excitações com nosso microscópio (que não possui um campo magnético), então há muito o que explorar e descobrir para outros grupos. ”

Algumas dessas pesquisas estão sendo conduzidas sob um novo consórcio colaborativo que a IBM lançou, chamado IBM Research Frontiers Institute. Dentro dessa estrutura, os membros do Instituto desenvolvem e compartilham tecnologias inovadoras e exploram suas implicações comerciais.

A pesquisa também foi parcialmente financiada pela Comissão Europeia no âmbito dos projetos H2020 PAMS e ITN QTea e do ERC CEMAS e AMSEL.

Salve 