Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química

Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción —sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos— son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debido a su corta vida. Conocer la estructura de estas especies intermedias puede ser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un gran impacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina.

En el marco de esta colaboracion internacional se ha captado la imagen y se ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula. La prestigiosa revista Nature Chemistry ha publicado la investigación en su último número.

El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica (de una manera similar a la lectura en Braille), ya que se adsorbe una molécula de monóxido de carbono que actúa como "dedo" en la lectura, para aumentar su resolución.

Estabilización de intermedios

Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicas secuenciales —área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden en ella—, ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular —la entropía mide el grado de organización de un sistema—. La superficie, y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamente inestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía, que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución.

Información complementaria

La investigación ha sido llevada a cabo por varios grupos de investigación liderados por Felix R. Fischer, Michael F. Crommie y Angel Rubio (Universidad de California en Berkeley, Lawrence Berkeley National Laboratory, UPV/EHU y Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo), y por los investigadores Ikerbasque Dimas Oteyza (CSIC-UPV/EHU) y Miguel Moreno Ugeda (CIC nanoGUNE).