Des scientifiques de l'Institut Zelinsky de chimie organique de l'Académie des sciences de Russie à Moscou ont photographié une réaction chimique organique avec un microscope électronique et ont enregistré la transformation en temps réel. L'équipe du laboratoire du professeur Ananikov a appliqué des approches combinées à l'échelle nanométrique et moléculaire à l'étude de la transformation chimique dans une réaction de couplage croisé catalytique. L'étude est publiée dans Communication Nature .

La microscopie électronique est une méthode unique pour étudier la structure de la matière, fournir des images de petits objets avec des grossissements jusqu'au niveau des atomes individuels en sondant les échantillons avec un faisceau d'électrons. La caractéristique clé de cette méthode est de fournir une image de l'objet qui est simple à analyser. Cependant, cet avantage a jusqu'à présent été utilisé pour étudier exclusivement les objets solides. Cela est dû aux conditions difficiles à l'intérieur d'un microscope électronique, en particulier, la pression extrêmement basse dans la chambre d'échantillon, qui peut atteindre un milliardième de celle de la pression atmosphérique. Ainsi, seuls les échantillons solides non volatils peuvent survivre. Mais la majorité des processus chimiques se déroulent en milieu liquide et l'enjeu de la microscopie électronique est le suivi in ​​situ des transformations chimiques. L'intérêt d'utiliser la microscopie électronique pour observer les réactions chimiques en milieu liquide a conduit à l'émergence de méthodes de conservation des échantillons dans leur état natif, même sous vide poussé.

Les chercheurs de l'Institut Zelinsky ont utilisé des capsules spéciales protégeant les échantillons du vide poussé. Les processus chimiques à l'intérieur de ces capsules ont été observés à travers une fine fenêtre transparente au faisceau d'électrons. « C'est un outil très puissant que les chimistes commencent à peine à utiliser. La gamme des réactions qui peuvent être étudiées de cette manière est encore étroite, mais c'est ce qui inspire les scientifiques de la communauté de la catalyse, " a déclaré le Dr Kashin, l'un des co-auteurs de cette étude.

L'objet de l'étude était la réaction de couplage croisé de la formation de liaisons carbone-soufre. Les produits recherchés ont été synthétisés à partir de thiolates de nickel, qui représentent les réactifs nanostructurés composés d'atomes de nickel et de fragments organosulfurés. La réaction a été effectuée en milieu liquide, en utilisant un complexe de palladium soluble comme catalyseur. Par conséquent, les scientifiques ont démontré les possibilités de nouveaux types de réactifs à micro- et nanostructures ordonnées en synthèse organique. La microscopie électronique a permis de retracer l'évolution des particules de réactif au cours d'une réaction chimique.

"Nous avons observé avec succès la réaction catalytique organique en milieu liquide à l'intérieur du microscope électronique, qui ouvre de nouvelles opportunités pour le vaste domaine de la chimie. La combinaison de la microscopie électronique avec des observations de spectrométrie de masse, mesures cinétiques par chromatographie en phase gazeuse, et des études de spectroscopie aux rayons X utilisant la source de rayonnement synchrotron nous ont permis d'établir le mécanisme réactionnel et de déterminer l'effet des propriétés des réactifs à différents niveaux d'organisation structurale sur leur comportement dans des conditions réactionnelles, " a commenté le Dr Kashin.

Une étude approfondie de la réaction du point de vue mécaniste a été complétée par une démonstration de la possibilité de son application pratique pour la synthèse de substances organiques soufrées. La réaction s'est avérée applicable pour une large gamme de substrats, avec les produits obtenus avec des rendements élevés allant jusqu'à 99 pour cent.

"Les résultats peuvent servir de nouveau stimulus pour la recherche avancée à l'intersection de la chimie organique et des nanosciences. Sans aucun doute, l'observation de transformations chimiques complexes en utilisant la microscopie électronique en solution deviendra une partie inaliénable de l'étude des processus dynamiques en chimie organique et en catalyse, considérant que les enregistrements vidéo des réactions chimiques deviendront bientôt un outil de routine dans l'arsenal des chimistes, " a déclaré le professeur Ananikov. " L'application généralisée de cette approche permettra d'étudier en détail les caractéristiques de chaque réaction individuelle, qui facilitera énormément l'amélioration des technologies actuellement disponibles pour la production de médicaments, agrochimiques, matériaux fonctionnels et autres substances utiles dans la pratique.