Ett forskningsprojekt ledd av kemister vid University of Warwick använde först ultrahögupplöst skanningstunnelmikroskopi för att se den exakta platsen för atomer och bindningar i en molekyl, och använde sedan dessa otroligt exakta bilder för att bestämma interaktionerna som binder molekyler till varandra.

Använd en supervass nål med kolmonoxidspets fryst till 7 Kelvin (minus 266 grader Celsius), forskarna kunde identifiera om bindningar är väte eller halogen, och kunde också plocka upp små defekter i dessa material. Dessa resultat kan vara av hög relevans för att hjälpa till att skapa nya läkemedel som är renare än någonsin.

Forskarna jämförde standard med ultrahögupplösning STM på en bromerad polycyklisk aromatisk molekyl som läggs på en guldyta. De kunde visa att standard STM-mätningar inte slutgiltigt kunde fastställa arten av de intermolekylära interaktionerna, men den nya tekniken kunde tydligt identifiera platsen för kolringar och halogenatomer, bestämma att halogenbindning styr sammansättningarna.

Deras forskning publiceras idag, 30 april 2020, i en artikel med titeln "Kombinera högupplöst skanningstunnelmikroskopi och simuleringar av första principer för att identifiera halogenbindning" i Naturkommunikation .

En av tidningens ledande forskare, Professor Giovanni Costantini, från Institutionen för kemi vid University of Warwick sa:

"Den berömda fysikern Richard Feynman sa en gång att det enklaste sättet att analysera ett komplicerat kemiskt ämne skulle vara "att titta på det och se var atomerna finns"; tekniken vi har använt är ett sätt att göra just det.

"Scanning tunneling microscopy (STM) kan normalt bara avslöja den övergripande formen och positionen av molekyler i ett material men har inte den precision som behövs för att bestämma deras exakta atomstruktur.

"Dock, använder ultrahög upplösning STM, vi kunde exakt fastställa platsen för kolringar och halogenatomer, vilket gjorde det möjligt för oss att fastställa att halogen snarare än vätebindning styrde den molekylära sammansättningen av detta material.

"Genom att noga följa Richard Feynmans besvär att "bara titta på saken", vår tydliga visualisering av atomernas faktiska positioner inom molekylerna gjorde det möjligt för oss att sluta oss till positionen och typen av bindningen mellan molekylerna.

"Detta stöddes av teoretiska beräkningar som avslöjade ett antal elektroniska egenskaper som International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) känner igen som identifierande egenskaper hos halogenbindning. Vi tror att en betydande del av svåra eller kontroversiella molekylära strukturer som har diskuterats i litteraturen under de senaste decennierna kunde snabbt och tydligt lösas genom att använda detta tillvägagångssätt och vi förutspår dess ökande användning inom molekylär nanovetenskap på ytor."

En annan av de ledande forskarna på tidningen, biträdande professor Gabriele Sosso, från University of Warwicks Department of Chemistry påpekar också att:

"Förmågan att urskilja och faktiskt tydligt identifiera positionen för halogenbindningar kommer att vara av särskilt värde för forskare som försöker förstå biomolekylär igenkänning och designa nya läkemedelsläkemedel.

"Faktiskt, det mesta av den medicinska kemin hittills har fokuserat på rollen av vätebindningar, eftersom de är allestädes närvarande inom både biokemi och materialvetenskap:förståelse av halogenbindning kommer således att ge ett ytterligare verktyg för att konstruera nästa generation av molekylära system för läkemedelsdesign.

"För detta ändamål, det är viktigt att, som vi gjorde i detta arbete, vi sammanför experiment och simuleringar - för att leverera en heltäckande bild av denna fortfarande till stor del outforskade molekylära interaktion."