Mycket reaktiva molekyler kan inte överleva länge i naturen. Om forskare vill studera dem närmare, de måste producera dem under mycket specifika laboratorieförhållanden. Jämfört med "normala" molekyler, många av dessa små partiklar har en särskiljande egenskap:De binder helt enkelt till allt omkring dem och är därför mycket svåra att styra.

Under ledning av Dr Jonas Warneke, forskare vid Wilhelm Ostwald-institutet för fysikalisk och teoretisk kemi vid Leipzigs universitet har gjort ett avgörande framsteg i studiet av en typ av mycket reaktiva partiklar. Baserat på deras forskning, de förstår nu dessa partiklars "bindande preferenser".

Deras forskning fungerar som grunden för den riktade användningen av dessa mycket reaktiva molekyler, till exempel, att generera nya molekylära strukturer eller att binda farligt kemiskt "avfall" och på så sätt göra sig av med det. Forskarna har nu publicerat sina resultat i tidskriften Kemi—A European Journal , och deras forskning presenterades på omslaget tack vare den utmärkta recensionen de fick.

Vad molekyler och människor har gemensamt

Molekyler och människor har faktiskt mycket gemensamt. Det finns de som är slöa och föredrar att hålla sig själva, och det finns de som är mycket aktiva och utåtriktade. Och så finns det de som är så missnöjda med sin situation att de på måfå attackerar alla i sin omgivning. Om du vill få dem att bete sig på ett socialt sätt, du måste först förstå orsaken till deras attacker. Kemister arbetar med mycket reaktiva föreningar på liknande sätt. Med tanke på deras exceptionella reaktivitet, målinriktade synteser (produktion av en specifik molekyl) med dessa föreningar är extremt svåra. Om du vill att dessa mycket reaktiva föreningar ska reagera med en specifik molekyl, detta misslyckas vanligtvis eftersom de istället reagerar med lösningsmedlet i sin omgivning. De binder med allt som kommer över deras väg. "Men det här är, faktiskt, den enorma möjlighet som dessa föreningar erbjuder. De kan få till och med mycket oreaktiva små molekyler och atomer att reagera på ett sätt som annars inte skulle ha varit möjligt, " förklarar Warneke.

Styr mycket reaktiva föreningar

Sedan flera år tillbaka, forskare vid Wilhelm Ostwald-institutet har undersökt en speciell typ av mycket reaktiv förening med tolv boratomer som kan binda även de mycket oreaktiva ädelgaserna. Elva boratomer har en bindningspartner (kallad substituent), medan den tolfte boratomen utför attacken. Hur kan vi styra dessa mycket reaktiva föreningar så att målinriktade synteser blir möjliga i framtiden? För att svara på denna fråga, forskarna producerade dessa mycket reaktiva föreningar i den lösningsmedelsfria och luftfria miljön i en masspektrometer och isolerade på så sätt föreningarna på ett sådant sätt att det inte fanns några föreningar i deras miljö att attackera.

I ett andra steg, de mycket reaktiva föreningarna matades selektivt till reaktionspartners som de angrep. Forskarna fann att föreningarnas "aggressivitet" förändrades när substituenterna ändrades. "Det här var inte förvånande först, " säger Warneke. "Men, vi fann då att benägenheten att attackera inte bara blev starkare eller svagare som ett resultat av detta utbyte av atomer, men istället berodde det starkt på vilken reaktionspartner som fanns." Forskarna kunde visa att substituenterna har ett starkt inflytande på reaktiviteten och spåra reaktionspreferenserna tillbaka till en mycket specifik kemisk bindning som bildas i varierande grad beroende på reaktionen partner.

Denna upptäckt överraskade forskarna eftersom denna typ av bindning i kemi är vanligare med metallföreningar och inte med de borföreningar som studerats, som tillhör de icke-metalliska föreningarna. Denna hypotes bevisades slutligen utom rimligt tvivel genom speciella experimentella och teoretiska metoder utförda av forskargruppen för tidiga karriärer under Warneke i samarbete med arbetsgrupperna ledda av prof. dr. Knut Asmis och prof. dr. Ralf Tonner, båda från Wilhelm Ostwald-institutet. Gruppen kommer att fortsätta sin forskning tillsammans med sina partners från Wuppertal. De hoppas kunna använda molekyler som kolmonoxid eller kväve från luften på detta sätt för riktade synteser. Men Warneke säger att det fortfarande är en lång väg kvar innan det händer.