Antracen är en fast organisk förening som härrör från destillation av koltjära. Förutom dess användning som ett rött färgämne, det har också använts inom området nanografen materialdesign, eftersom den uppvisar utmärkta elektroniska och ljusemitterande egenskaper. En av dess derivat, kallad 9-fosfantranen, har studerats allmänt i årtionden på grund av dess radikala reaktivitet. Denna aktivitet ger 9-fosfaantracener attraktiva kemiska egenskaper såsom miljövänlig redoxaktivitet, bioaktivitet, och brännbarhet.

Substituerade 9-fosfaantracener var kemiskt instabila tills nyligen, när forskare förberedde lufttoleranta 10-mesityl-1, 8-bis (trifluormetyl) -9-fosfantranen. Den nya, stabil förening visade utmärkt radikalreaktivitet och har sedan använts för att förstå fotoemission och kristallina egenskaper hos material.

Dock, inte mycket är känt om karaktären av radikala reaktioner som äger rum i denna nya och lovande substituerade 9-fosfantranen. Den korta livslängden för de övergående radikala arterna och den oanalyserbara sidreaktionen gör det mycket svårt för konventionella spektroskopiska och fysikalisk -kemiska tekniker att analysera dess struktur.

I en nyligen publicerad studie publicerad i Angewandte Chemie International Edition , ett team av forskare från Tokyo Institute of Technology under ledning av docent Dr. Shigekazu Ito kom fram till en lösning för att övervinna detta problem. De använde muonspinnrotation/resonans (μSR) och densitetsfältteori (DFT) för att förstå skelettstrukturen hos 10-mesityl-1, 8-bis (trifluormetyl) -9-fosfantranen. Dr. Ito säger, "Muon spin -resonans/rotation -spektroskopi är ett mycket känsligt och kraftfullt verktyg när det gäller att analysera organiska molekylära system med kort livstid. I kombination med kraften i beräkningsmodellering, denna teknik gör att vi kan titta på saker som tidigare var svåra att observera. "

I de spektroskopiska experimenten, den organiska substansen, som är en isolator av natur, fick interagera med positiva myoner (μ ⁺ ) genererad från en högenergistråle-protonaccelerator. När du träffade 9-fosfantranen, myonerna absorberade elektroner från provet för att bilda muonium (μ ⁺ e ^- ), som är en isotop av väte. Tillsatsen av vätesurrogatet gjorde att molekylerna attraherades svagt till det magnetiska fält som krävs för μSR. Mätningarna indikerade muoniumadditionen vid fosforatomen i strukturen på ett regionselektivt sätt (vilket innebär att ett reaktionsställe föredrar framför ett annat) sätt.

Teamet körde också DFT -simuleringar som föreslog förekomsten av två olika strukturer av samma molekyl. Endast en av dem förutspåddes vara stabil. Dessa beräkningar visade också några oöverträffade molekylrörelser som induceras av isotopeffekten i det konjugerade systemet - molekyler med elektroner som kan röra sig fritt inom strukturen.

Metoden som antogs i denna studie kan visa sig vara användbar för forskare som undersöker andra komplexa organiska skelettstrukturer. "Vår studie har framgångsrikt avslöjat den molekylära dynamiken och strukturen hos 10-mesityl-1, 8-bis (trifluormetyl) -9-fosfantranen. Denna information är viktig när det gäller att utföra ytterligare reaktioner och finjustera dess kemiska egenskaper för olika tillämpningar, " avslutar Dr. Ito.