O antraceno é um composto orgânico sólido derivado da destilação de alcatrão de carvão. Além de seu uso como corante vermelho, também tem sido usado no campo de design de materiais nanográficos, uma vez que exibe excelentes propriedades eletrônicas e de emissão de luz. Um de seus derivados, chamado 9-fosfantraceno, tem sido amplamente estudado há décadas devido à sua reatividade radical. Esta atividade concede 9-fosfantracenos propriedades químicas atrativas, como atividade redox ecológica, bioatividade, e combustibilidade.

9-fosfantracenos substituídos eram quimicamente instáveis ​​até recentemente, quando os pesquisadores prepararam 10-mesitil-1 tolerante ao ar, 8-bis (trifluorometil) -9-fosfantraceno. O novo, o composto estável mostrou excelente reatividade radical e desde então tem sido usado para entender a fotoemissão e as propriedades cristalinas dos materiais.

Contudo, não se sabe muito sobre a natureza das reações radicais que ocorrem neste novo e promissor 9-fosfantraceno substituído. O curto tempo de vida das espécies radicais transientes e a reação lateral não analisável tornam muito difícil para as técnicas convencionais espectroscópicas e físico-químicas analisarem sua estrutura.

Em um estudo recente publicado em Angewandte Chemie International Edition , uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, liderada pelo Professor Associado Dr. Shigekazu Ito, apresentou uma solução para superar esse problema. Eles empregaram rotação / ressonância muon spin (μSR) e simulações de teoria de campo de densidade (DFT) para entender a estrutura do esqueleto de 10-mesitil-1, 8-bis (trifluorometil) -9-fosfantraceno. Dr. Ito diz, "Espectroscopia de ressonância / rotação de muon spin é uma ferramenta altamente sensível e poderosa quando se trata de analisar sistemas moleculares orgânicos com vida curta. Combinado com o poder da modelagem computacional, essa tecnologia nos permite ver coisas que antes eram difíceis de observar. "

Nos experimentos espectroscópicos, a substância orgânica, que é um isolante por natureza, foi permitido interagir com múons positivos (μ ⁺ ) gerado a partir de um acelerador de prótons de feixe de alta energia. Ao atingir o 9-fosfantraceno, os múons absorveram elétrons da amostra para formar muônio (μ ⁺ e ^- ), que é um isótopo de hidrogênio. A adição do substituto de hidrogênio fez com que as moléculas fossem fracamente atraídas para o campo magnético necessário para μSR. As medidas indicaram a adição de muônio no átomo de fósforo na estrutura de forma regiosseletiva (o que significa preferência de um local de reação em relação a outro).

A equipe também fez simulações DFT que sugeriram a presença de duas estruturas diferentes da mesma molécula. Apenas um deles estava previsto para ser estável. Esses cálculos também trouxeram à luz alguns movimentos moleculares sem precedentes induzidos pelo efeito do isótopo dentro do sistema conjugado - moléculas com elétrons que podem se mover livremente dentro da estrutura.

O método adotado neste estudo pode ser útil para os cientistas que investigam outras estruturas esqueléticas orgânicas complexas. "Nosso estudo revelou com sucesso a dinâmica molecular e a estrutura de 10-mesitil-1, 8-bis (trifluorometil) -9-fosfantraceno. Esta informação é vital quando se trata de realizar outras reações e ajustar suas propriedades químicas para várias aplicações, "conclui o Dr. Ito.