As reações químicas geralmente produzem misturas confusas de diferentes produtos. Assim, os químicos gastam muito tempo persuadindo suas reações a serem mais seletivas para produzir moléculas-alvo específicas. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores alcançou esse tipo de seletividade ao fornecer pulsos de voltagem a uma única molécula por meio de uma ponta incrivelmente afiada.
"Controlar o caminho de uma reação química, dependendo dos pulsos de voltagem usados, é algo sem precedentes e muito atraente para os químicos", diz Shadi Fatayer, da KAUST.

A equipe usou um instrumento que combina microscopia de tunelamento de varredura (STM) e microscopia de força atômica (AFM). Ambas as técnicas podem mapear as posições dos átomos dentro de moléculas individuais usando uma ponta que pode ter apenas alguns átomos de largura. Mas a voltagem também pode ser usada para quebrar ligações dentro de uma molécula, potencialmente permitindo a formação de novas ligações.

"As reações controladas pela ponta foram realizadas anteriormente, mas não havia controle sobre o produto final", diz Fatayer. "A seletividade é o elemento-chave aqui - dependendo da polaridade e do valor dos pulsos de tensão, podemos formar e quebrar diferentes ligações internas à vontade."

Os pesquisadores usaram essa abordagem para estudar o tetraclorotetraceno, uma molécula que contém quatro átomos de cloro ligados a uma fileira de quatro anéis hexagonais de átomos de carbono. A aplicação de uma voltagem de cerca de 3,5 V removeu dois átomos de cloro e levou a molécula a se reorganizar. O aumento da voltagem removeu os átomos de cloro restantes, desencadeando novos rearranjos que formaram três produtos diferentes.

O primeiro produto possui quatro anéis hexagonais dispostos em ziguezague; o segundo tem um anel de 10 membros flanqueado por dois anéis de seis membros; e o terceiro contém um anel de quatro membros, um anel de oito membros e dois anéis de seis membros.

Pequenos pulsos de tensão podem ser usados ​​para interconverter esses produtos. Ao ajustar a voltagem, os pesquisadores puderam controlar quais ligações foram quebradas e qual produto de rearranjo se formou.

Combinando seus resultados com cálculos teóricos, os pesquisadores mostraram que a seletividade do método depende da paisagem de estados de energia que as moléculas adotam quando carregam diferentes cargas elétricas, conhecidas como estado de oxidação. Como o estado de oxidação inicial de uma molécula pode ser controlado por um campo elétrico, essa abordagem pode ajudar os químicos a projetar novas reações e produtos químicos, diz Fatayer. Esta pesquisa foi destaque na capa da revista Science .

Seu grupo agora está desenvolvendo maneiras de adicionar ou remover elétrons individuais a moléculas individuais e aplicar pulsos de voltagem a partes específicas de uma molécula para controlar qual reação química ocorre. + Explorar mais

Químicos alteram as ligações entre átomos em uma única molécula pela primeira vez