با نقشهبرداری دقیق از آنچه در هنگام برخورد مولکولها اتفاق میافتد دانشمندان توانستند جزویات پیشبینی نشدهای از واکنش جایگزینی نوکلئوفیلی دو مولکولی (SN2) (انتقال مولکولی بنیادین در تولید مواد آلی) را آشکار کنند. بهگزارش سایت «اخبار مهندسی و علوم شیمی» (Chemical & Engineering News)، در مکانیسم کلاسیک SN2 زمانی که یک نوکلئوفیل مانند: «آنیون کلرید» به ترکیبی نظیر: «متیل یدید» (Methyl Iodide) هجوم آورده «متیل یدید» «گروه ترککننده» (Leaving Group) را بیرون رانده و مانند چتری سبک در باد متحمل وارونگی در ساختار شده «متیل کلرید»بهدست میآید. فیزیکدانی بهنام «رولاند وستر» (Roland Wester) و همکارانش از گروههای «ماتیاس ویدمولر» (Matthias Weidmuller) از دانشگاه «فریبورگ» (Freiburg) در آلمان و گروه «ویلیام ل. هیس» (William L. Hase) از دانشگاه «تکنولوژی» تگزاس، شواهدی مستقیم برای این فرایند در فاز گاز آماده کردهاند.
اما آنها همچنین مکانیسم پیشبینینشده و اضافیای کشف کردند. در این مسیر جدید بهنام «مکانیسم غیرمستقیم» (Roundabout Mechanism)، «کلرید» به گروه «متیل» برخورد کرده و قبل از جایگزینی «کلرید»، تمام مولکول «متیل یدید» را 360 درجه میچرخاند.
محققان «گروه وستر» (Wester's Team) برای نشان دادن جزویات فرایند، نتیجهی واکنش یک SN2 را در سطح مولکولهای منفرد منعکس کردند. آنها باریکهای مولکولی از «متیل یدید» را در یک محفظه با خلأ زیاد عبور داده ضربانهای برخورد یونهای «کلرید» را محاسبه و بدینترتیب واکنش SN2 در نقطهی برخورد باریکه را نشان دادند.
«آشکارساز حساس به مکان» (Position Sensitive Detector)، تصویرهایی از گروههای یدیدهای «ترککننده» (Leaving) نشان میدهد که جهت و سرعت توزیع هر یون یدید را بیان میکند.
سرعت کاملاً تعریف شدهی یونهای کلریدی - که توسط گروه پژوهشی مذکور فراهم شدند – نقطهای تعیینکننده برای رسیدن به مواردی نظیر ذیل بود:
| - ارزیابی از تصویرهای بهدست آمده | | - فهم آنچیزی که در نقطهی برخورد اتفاق میافتد. |
«بنیامین جی. وایتاکر» (Benjamin J. Whitaker) از دانشگاه «لیدز» (Leeds) در انگلستان میگوید: «این کار دوستداشتنی است».
گروه پژوهشی «وستر» (Wester) از فناوری عکسبرداریای استفاده کردند که قبلاً در مطالعههای سیستمهای واکنشهای بیاثر استفاده میشد. «بنیامین جی. وایتاکر» (Benjamin J. Whitaker) اضافه کرد: این پیشرفت بزرگی در واکنشهایی است که در آن یونها نقش دارند. گروه پژوهشی «وستر» (Wester) واکنشهای SN2 را در انرژیهای برخورد متفاوتی عکسبرداری کردند که به سرعت برخورد شدید «کلرید» به «متیل یدی» بستگی دارد:
| - اطلاعات بهدست آمده در انرژیهای برخورد پایینتر مکانیسمهای قبلی SN2 را تأیید میکند. | | - اگرچه در انرژیهای برخورد بالاتر، حدود 10 درصد یونهای یدید بیرون از توزیع یون مورد انتظار است. |
«وستر» (Wester) میگوید: «گروهی از یونهای یدید را با سرعتی بهمراتب پایینتر از بقیه یافتیم. چون انرژی ذخیره میشود اگر یونهای یدید کند باشند انرژی میتواند در جای دیگری ذخیره شود». بهکمک محاسبههایی که توسط همکاران محقق در دانشگاه «تکنولوژی» تگزاس انجام گرفت گروه پژوهشی به این نتیجه رسید که انرژی از دسترفته از انتقال «یدید» به محصول «کلرید متیل» بهشکل انتشار دورانی (Rotational Excitation) درامده منجر به «مکانیسم غیرمستقیم» (Roundabout Mechanism) میشود. در اثبات این کار، «دیوید و. چاندلر» (David W. Chandler) محقق عالیرتبهی «آزمایشگاه ملی ساندیای امریکا» (Sandia National Laboratories) میگوید: «چگونگی توانایی بهتصویر کشیدن واکنشها به شیمیدانان اجازه میدهد مسیر واکنشهای جدید را سریعاً معین کنند». «وایتاکر» (Whitaker) میگوید: «عکسهای بهدست آمده در این تحقیق، بعضی از الگوهای مورد احترام از مکانیسم واکنشهای اصلی را به چالش کشیده است». در این مطالعه، یک واکنش SN2 در فاز گازی آزمایش شد. در حال حاضر محققان گروه «وستر» (Wester) امیدوارند واکنشهای بسیار پیچیدهای را بین یونها و مولکولها انجام داده و تأثیرمولکولهای حلال را در مکانیسمهای SN2 ارزیابی کنند.
برای مشاهدهی انیمیشنهای بیشتر از این تحقیق میتوانید بهنشانی ذیل مراجعه فرمایید:
|