A injeção da mistura de reação na cavidade óptica altera a taxa da reação química. Crédito:Universidade de Estrasburgo
Uma reação química transforma as moléculas que constituem a matéria. Para influenciar as reações químicas, os químicos normalmente agem nas próprias moléculas, ao invés do espaço em que a reação ocorre. Contudo, pesquisadores da Universidade de Estrasburgo mostraram que as reações químicas podem de fato ser influenciadas simplesmente por conduzi-las entre dois espelhos apropriadamente espaçados, mantido apenas micrômetros de distância, um físico de vasos chama de "cavidade óptica".
Dentro dessas "cavidades ópticas" microscópicas, como em qualquer outro lugar do universo, flutuações eletromagnéticas acontecem, mesmo no escuro. Essas flutuações podem ser consideradas ondas confinadas entre duas paredes. Quando as paredes são espaçadas a uma distância adequada, as ondas são amplificadas, assim como o movimento de um balanço é amplificado quando empurrado em intervalos regulares correspondentes à sua frequência de balanço. Quando um líquido é injetado entre as paredes da cavidade, as flutuações eletromagnéticas interagem com as moléculas internas, desde que a cavidade ressoe com uma das vibrações da molécula. Se a interação for forte o suficiente, as vibrações e a ressonância óptica formam estados híbridos (metade fotônica, meio vibracional). Nesse caso, pode-se dizer que as moléculas estão sob a influência do forte acoplamento vibracional (VSC).
As equipes dos professores Thomas Ebbesen e Joseph Moran, especializada em nanociência e catálise química, respectivamente, iniciou uma colaboração em 2015 para tentar entender se o VSC poderia ter um efeito nas reações químicas. O ano seguinte, eles publicaram um primeiro artigo mostrando que é possível desacelerar a desproteção de um grupo protetor trimetilsilila pelo flúor por um fator de cinco.
Lucas Lethuillier-Karl e Kalaivanan Nagarajan da Universidade de Estrasburgo injetam uma solução em uma célula de espectroscopia de infravermelho microfluídica. Crédito:Universidade de Estrasburgo
Esses resultados promissores os levaram a tentar controlar a seletividade das reações químicas por VSC. Em outras palavras, estudar a possibilidade de promover a formação de um produto em detrimento de outro em uma transformação que poderia dar dois resultados distintos. Para este propósito, eles projetaram um substrato compreendendo dois grupos silil distintos que podem reagir com o íon fluoreto para formar dois produtos diferentes. Ao ajustar a cavidade óptica para diferentes vibrações da molécula, eles não podiam apenas mudar o rendimento relativo de dois produtos, mas também mostra quais vibrações estão envolvidas no mecanismo de reação.
Esta descoberta pioneira é uma prova de conceito que abre o caminho para o controle de reações químicas por meios físicos simples:ajustando a distância entre dois espelhos no escuro. Além disso, é uma ferramenta para entender a reatividade química fundamental. Mas a colaboração entre as duas equipes não para por aí. Atualmente, eles estão estudando outros tipos de reações para tentar entender as regras que governam a química sob a influência do VSC.