Les polyènes linéaires sont des chaînes hydrocarbonées aux propriétés optiques et électriques inhabituelles. Ils sont devenus un paradigme pour l'étude de la photoisomérisation - lorsque les structures moléculaires se réorganisent pour absorber la lumière - en raison de leur structure moléculaire simple, potentiel de conductivité électrique, et rôle dans la vision. Comprendre comment ces molécules se réarrangent simultanément par photoisomérisation pourrait faire avancer la recherche en science des matériaux en permettant la vision artificielle et en produisant des fils à partir de plastique, et les nouvelles technologies photovoltaïques.

Trans 1, 3-butadiène, le plus petit polyène, a mis les chercheurs au défi au cours des 40 dernières années en raison de sa structure électronique complexe à l'état excité et de son ultrarapide (femtoseconde, dix ^-15 s) dynamique. Le butadiène reste le "chaînon manquant" entre l'éthylène (C 2 H 4 , ), qui n'a qu'une seule double liaison, et des polyènes linéaires plus longs avec trois doubles liaisons ou plus.

Maintenant, une équipe expérimentale dirigée par Albert Stolow à l'Université d'Ottawa et le Conseil national de recherches du Canada a résolu trans 1, Dynamique électro-structurelle du 3-butadiène. Les chercheurs ont récemment rapporté leurs découvertes dans Le Journal de Physique Chimique .

Le groupe de Stolow a développé une spectroscopie laser ultrarapide appelée spectroscopie de coïncidence photoélectron-photoion à résolution temporelle (TRPEPICO) pour mener cette recherche. Le procédé implique un processus pompe-sonde femtoseconde dans lequel un photoélectron émis est mesuré en fonction du temps. Le spectre photoélectronique et la distribution angulaire sont sensibles à la dynamique électronique et structurelle des molécules. Au cours des 20 dernières années, Stolow a appliqué sa méthode à un large éventail de problèmes, y compris la stabilité ultraviolette des bases d'ADN et le transfert intramoléculaire de protons.

« Nous avons montré depuis de nombreuses années que notre approche fonctionne et avons fourni de nombreux exemples, " Stolow a déclaré. Il a déjà étudié sous John C. Polanyi et Yuan T. Lee, deux lauréats du prix Nobel qui ont étudié la dynamique des collisions moléculaires.

"Beaucoup d'entre nous pensaient que si nous pouvions comprendre l'éthylène, le bloc de construction de base, nous serions capables de comprendre les polyènes linéaires plus longs, " Stolow a déclaré. "Mais le butadiène est le 'chaînon manquant.' Cela ne semblait pas se comporter comme dans les deux cas."

L'équipe de Stolow a découvert que la trans 1, 3-butadiène se comporte, simultanément, comme l'éthylène et les polyènes plus longs. Spécifiquement, il existe une compétition ultrarapide entre la dynamique de type éthylène et la dynamique de type polyène.

Les résultats expérimentaux de l'équipe de recherche ont été modélisés de manière indépendante et confirmés informatiquement par l'équipe de recherche de Todd J. Martínez. Martinez est chercheur et professeur de chimie à l'Université de Stanford, spécialiste de la dynamique quantique moléculaire. Michael S. Schuurman du CNRC, un théoricien spécialisé en dynamique quantique, a également permis de confirmer ce travail.

"Cette collaboration est la clé. Nous sommes chacun arrivés indépendamment aux mêmes résultats, " a déclaré Stolow. " Des avancées techniques spectaculaires à la fois expérimentales et théoriques nous ont permis de résoudre enfin le casse-tête de longue date de la dynamique électronique dans le butadiène, le "chaînon manquant" de la photophysique des polyènes."