Chemici poprvé cíleně změnili vazby mezi atomy v jediné molekule

Odborníci IBM a dalších institucí vzali organickou molekulu tetrachlortetracenu a pak do ní „vrtali“ elektrickými pulzy z řádkovacího tunelového mikroskopu, který zároveň manipulaci s molekulou zobrazoval. Nový postup by se mohl uplatnit ve výzkumu chemických procesů i při tvorbě nových molekul.

Snímky molekuly z experimentu v mikroskopu STM. Kredit: Leo Gross/IBM.

Chemie se postupně dostává na úroveň jednotlivých atomů. Mezinárodní výzkumný tým odborníků IBM Research Europe, Universidade de Santiago de Compostela a University of Regensburg dokázal poprvé v historii změnit chemické vazby v jediné vybrané molekule.

Florian Albrecht.

Kredit: IBM.

Dnešní postup při tvorbě složitých molekul nebo molekulárních strojků je přitom dost těžkopádný. Jak trefně uvádějí Igor Alabugin a Chaowei Hu v komentáři k tomuto výzkumu v časopisu Science, bývá to jako naházet hromadu kostek LEGO do pračky a doufat, že tam vzniknou žádoucí chemické vazby.

Florian Albrecht z IBM Research Europe a jeho kolegové to zvládli mnohem elegantněji. Použili řádkovací tunelový mikroskop (STM, Scanning Tunneling Microscope), přerušili stávající chemické vazby mezi atomy ve vybrané organické molekule a pak vytvořili nové vazby.

Logo. Kredit: IBM.

Mikroskop přitom fungoval jako technologie pro zobrazení molekuly a zároveň jako nástroj pro manipulaci s vazbami v molekule.

Albrechtův tým nejprve syntetizoval molekulu tetrachlortetracenu a nechal ji navázat na tenkou vrstvu soli pokrývající podklad z mědi. Pak za velmi nízké teploty manipulovali s touto organickou molekulou. Nejprve posunuli 4 atomy chlóru do příhodné pozice a elektrickými impulzy z hrotu mikroskopu přerušili jejich vazby se sousedními atomy uhlíku. Tím vznikly radikály s volnými elektrony, které bylo možné použít k vytvoření nových vazeb. Pak podobným postupem tvořili různé nové verze struktury molekuly.

Badatelé zdůrazňují, že jejich výzkum by se neuskutečnil bez vývoje ultrapřesné tunelovací technologie, která vznikla v laboratoři firmy IBM ve švýcarském Curychu. Nový postup bude možné využít k lepšímu pochopení chemických procesů na molekulární úrovni, a také ke tvorbě nových typů molekul.

Video: Chemists change the bonds between atoms in a single molecule for the first time