p Pela primeira vez, pesquisadores conseguiram visualizar detalhes anteriormente inacessíveis de certos processos químicos. Eles mostraram que existem estágios discretos significativos para esses processos que se baseiam no conhecimento existente de síntese química. Esses detalhes podem ajudar no desenvolvimento de métodos para sintetizar produtos químicos com maior controle e precisão do que nunca. Métodos como esses podem ser úteis na ciência dos materiais e no desenvolvimento de medicamentos. p "Desde 2007, os físicos realizaram um sonho com mais de 200 anos - a capacidade de ver um átomo individual, "disse o professor do projeto Eiichi Nakamura." Mas não parava por aí. Nosso grupo de pesquisa foi além desse sonho para criar vídeos de moléculas para ver as reações químicas em detalhes sem precedentes. "

p A equipe de Nakamura do Departamento de Química da Universidade de Tóquio busca dominar o controle de vários processos químicos responsáveis ​​pela síntese de materiais. Contudo, a síntese química é um campo de estudo complicado.

p "Os métodos analíticos convencionais, como espectroscopia e cristalografia, nos fornecem informações úteis sobre os resultados dos processos, mas apenas dicas sobre o que acontece durante eles, "explicou Koji Harano, professor associado do projeto no grupo Nakamura. "Por exemplo, estamos interessados ​​em cristais de estrutura orgânica de metal (MOF). A maioria dos estudos analisa o crescimento destes, mas perde o estágio inicial de nucleação, pois é difícil de observar. "

p Os estágios transitórios de reações químicas complexas são difíceis de estudar, pois existem vários processos intermediários que ocorrem entre o início e o fim da maioria das reações. Em princípio, os estágios individuais podem ser vistos, Mas na realidade, era impossível isolar os produtos em cada estágio e ver como eles mudavam com o tempo. Nakamura, Harano e a equipe passaram mais de 10 anos neste problema, e desenvolveram um método chamado microscopia eletrônica molecular.

p "Era um problema de duas partes, "disse Harano." Em grande escala, havia um desafio de engenharia para combinar um microscópio eletrônico de alta resolução com um sensor de imagem rápido e sensível para imagens de vídeo contínuas; enquanto em pequena escala, tivemos que conceber uma maneira de capturar as moléculas de interesse e mantê-las no lugar para que a câmera pudesse capturar a ação. "

p Para isolar e proteger moléculas específicas, a equipe usou um nanotubo de carbono especialmente modificado. Isso prenderia uma molécula de passagem e a manteria no lugar, mas crucialmente, não interferiria nas reações dessa molécula. Por aqui, cada estágio da reação ocorreria na ponta do nanotubo, que, por sua vez, foi mantido no lugar no ponto focal do microscópio eletrônico. Os dados resultantes podem ser transformados em vídeos em tempo real das reações.

p "O que nos surpreendeu muito no início foi que nosso plano realmente funcionou. Foi um desafio complexo, mas visualizamos esses vídeos moleculares pela primeira vez em 2013, "disse Harano." Entre então e agora, trabalhamos para transformar o conceito em uma ferramenta útil. Nosso primeiro sucesso foi visualizar e descrever uma molécula em forma de cubo, que é uma forma intermediária crucial que ocorre durante a síntese de MOF. Demorou um ano para convencer nossos revisores de que descobrimos que é real. "

p Este é apenas o primeiro passo em direção à capacidade de obter controle sobre a síntese química de maneira precisa e controlada - um termo que os pesquisadores chamam de "síntese racional". É importante observar os detalhes das reações conforme elas progridem, para que possam ser efetivamente submetidas à engenharia reversa. O sonho de 200 anos atrás era ver um átomo; o sonho agora é controlar moléculas para criar coisas como minerais sintéticos para construção, ou mesmo novas drogas para salvar vidas.