Experimentos fornecem evidências de que a interação da luz com uma molécula de hidrocarboneto produz anéis moleculares tensos

Quando as moléculas interagem com a luz ultravioleta (UV), elas podem mudar de forma rapidamente, produzindo tensão – estresse na estrutura química de uma molécula devido a um aumento na energia interna da molécula. Esses processos normalmente levam apenas dezenas de picossegundos (um milionésimo de milionésimo de segundo). Recursos avançados em instalações de laser de elétrons livres de raios X (XFEL) agora permitem que os cientistas criem imagens dessas mudanças estruturais ultrarrápidas.

No trabalho que aparece em O Jornal de Química Física Aos pesquisadores descobriram evidência estrutural de uma molécula bicíclica tensa (uma molécula que consiste em dois anéis unidos) que emerge da reação química que ocorre quando uma molécula de ciclopentadieno absorve luz UV. O ciclopentadieno é uma boa amostra química para estudar uma série de reações, e essas descobertas têm amplas implicações para a química.

Moléculas altamente tensas têm uma variedade de aplicações interessantes em energia photo voltaic e farmacêutica. No entanto, a tensão normalmente não ocorre naturalmente – a energia deve ser adicionada a um sistema molecular para criar a tensão. Identificar processos que produzem moléculas com anéis tensos é um desafio de amplo interesse na físico-química.

O estudo confirma uma previsão de que interações controladas entre moléculas de luz e ciclopentadieno produzem estruturas tensas. A equipe também conseguiu diferenciar os tipos de deformação do anel, o que poderia informar métodos futuros de síntese de moléculas.

A equipe usou os pulsos de raios X da fonte de luz coerente Linac para estudar a dinâmica estrutural das moléculas de ciclopentadieno (ou seja, uma molécula orgânica C₅H₆onde o átomos de carbono de um anel simétrico), observando a transição para um estado altamente tenso após a fotoexcitação.

A equipe excitou as moléculas com pulsos de luz UV de 243 nanômetros e comparou os dados de dispersão de raios X dependentes do tempo com modelos teóricos de dispersão de diferentes moléculas tensas que existem durante o curso da reação. Os dados são consistentes com a formação direta de biciclo(2.1.0)penteno, conforme hipotetizado, mas não observado diretamente anteriormente.

Por outro lado, os experimentos não observaram triciclo(2.1.0.0)pentano, que também foi considerado um produto potencial. Esses resultados abrem caminho para uma maior compreensão de como a deformação molecular desempenha um papel nas moléculas de hidrocarbonetos fotoexcitadas.