Sinar laser eksitasi tidak mempengaruhi reaksi substitusi nukleofilik

Anonim

Fisikawan yang bekerja dengan Roland Wester di University of Innsbruck telah menyelidiki apakah dan bagaimana reaksi kimia dapat dipengaruhi oleh eksitasi getaran eksitasi reaktan. Mereka mampu menunjukkan bahwa eksitasi dengan sinar laser tidak mempengaruhi efisiensi reaksi pertukaran kimia dan bahwa kelompok molekuler yang bersemangat hanya bertindak sebagai penonton dalam reaksi.

Reaksi yang sering digunakan dalam kimia organik adalah substitusi nukleofilik. Di antara hal-hal lain, ia memainkan peran penting dalam sintesis senyawa kimia baru atau untuk biomolekul dalam larutan dan karena itu sangat penting industri. Dalam reaksi ini, partikel bermuatan mengalami molekul dan satu kelompok molekuler digantikan oleh yang lain. Untuk waktu yang lama, ilmu pengetahuan telah mencoba untuk mereproduksi proses-proses ini pada antarmuka kimia dan fisika di laboratorium dan untuk memahaminya pada tingkat atom. Tim yang dipimpin oleh fisikawan eksperimental Roland Wester di Institut Fisika Ion dan Fisika Terapan di Universitas Innsbruck adalah salah satu kelompok penelitian terkemuka di dunia dalam bidang ini.

Reaksi Pertukaran Proton Diperkuat

Dalam eksperimen yang dikonstruksi khusus, fisikawan dari Innsbruck menabrak partikel bermuatan dengan molekul dalam ruang hampa dan memeriksa produk reaksi. Untuk menentukan apakah eksitasi getaran yang ditargetkan berdampak pada reaksi kimia, para ilmuwan menggunakan sinar laser yang menggetarkan getaran di dalam molekul. Dalam percobaan, ion fluorine ion negatif (F-) dan molekul metil iodida (CH3I) digunakan. Dalam tabrakan, karena pertukaran ikatan yodium dengan ikatan fluor, molekul metil fluorida dan ion iodin bermuatan negatif terbentuk. Sebelum partikel-partikel bertemu, vibrasi-vibrasi hidrogen-hidrogen tereksitasi oleh laser dalam molekul.

"Pengukuran kami menunjukkan bahwa eksitasi laser tidak meningkatkan reaksi pertukaran, " kata ilmuwan yang berpartisipasi Jennifer Meyer. "Atom hidrogen sepertinya mengawasi reaksinya." Hasilnya dibuktikan oleh pengamatan bahwa reaksi yang bersaing sangat meningkat. Dalam reaksi pertukaran proton ini, atom hidrogen direnggut dari molekul metil iodida dan hidrogen fluorida (HF) terbentuk. "Kami membiarkan dua spesies bertabrakan 20 kali per detik, laser diterapkan di setiap tabrakan kedua, dan kami mengulangi proses jutaan kali, " jelas Meyer. "Setiap kali laser diradiasi, reaksi pertukaran proton ini secara drastis diperkuat." Ahli kimia teoritis dari Universitas Szeged di Hongaria dan Universitas New Mexico di AS telah lebih jauh mendukung hasil eksperimen dari Innsbruck menggunakan simulasi komputer.

Dalam penyelidikan presisi tinggi proses kimia, hanya model yang paling sederhana, reaksi atom dengan molekul diatomik, telah dipelajari. "Di sini, semua partikel pasti terlibat dalam reaksi. Tidak ada pengamat, " kata Roland Wester. "Sistem yang kita pelajari sekarang begitu besar sehingga para pengamat muncul. Namun itu masih cukup kecil untuk dapat mempelajari para pengamat ini dengan sangat tepat." Untuk molekul besar, ada banyak partikel yang tidak terlibat langsung dalam reaksi. Investigasi peran mereka adalah salah satu tujuan jangka panjang para peneliti. Mereka juga ingin menyempurnakan eksperimen saat ini untuk mengungkap lebih lanjut efek halus yang mungkin terjadi.

Laser Controlled Chemistry

Pertanyaan apakah reaksi-reaksi tertentu dapat diintensifkan oleh eksitasi yang ditargetkan dari kelompok molekuler individu juga merupakan pertimbangan penting. "Jika Anda memahami sesuatu, Anda juga dapat melakukan kontrol, " kata Roland Wester. "Alih-alih merangsang reaksi melalui panas, mungkin masuk akal untuk merangsang hanya kelompok-kelompok individu molekul untuk mencapai reaksi tertentu, " tambah Jennifer Meyer. Ini mungkin menghindari proses reaksi yang bersaing yang merupakan masalah umum dalam kimia industri atau penelitian biomedik. Semakin tepat kontrol atas reaksi kimia, semakin sedikit limbah yang dihasilkan dan semakin rendah biayanya.

Makalah ini telah diterbitkan dalam jurnal Science Advances . Penelitian ini didanai oleh, antara lain, Dana Sains Austria FWF dan Akademi Ilmu Pengetahuan Austria.

menu
menu