Rainer Klose，瑞士联邦材料科学与技术实验室
3+3-循环加法的艺术表现
信用:Empa 液体和气体的化学合成发生在三维空间
分子间的随机碰撞必须在极短的时间内产生新的东西
但还有另一种方法:在超高真空条件下的金表面上，可以让彼此相邻静止的分子结合——甚至是那些在液体中永远不想彼此反应的分子
Empa的研究人员现在已经发现了这样一种反应
最棒的是，专家可以“拍照”并观察反应的每一步
在化学中，有一些结构特别稳定，例如由六个相互连接的碳原子组成的所谓“苯环”
这种环形成了石墨和石墨烯的结构基础，但它们也存在于许多染料中，如牛仔染料靛蓝和阿司匹林等许多药物中
当化学家想要有针对性地构建这种环时，他们使用所谓的偶联反应，通常以发明者的名字命名:例如，第尔斯-阿尔德反应、乌尔曼反应、伯格曼环化反应或铃木偶联反应
现在又有一个还没有名字
这是由Empa的一个小组和位于美因茨的马克斯·普朗克聚合物研究所共同发现的
他们的相关研究已经发表在《自然合成》和《自然评论化学》上
一切都干了 Empa的研究人员在他们的化学合成中省略了液体，而是在超高真空中将原料附着在金表面
在研究人员加热之前，可以观察到原材料(二异丙基对三联苯)在冷却的扫描隧道显微镜中平静地静止
金表面的化学合成:氢是从饱和的异丙基中提取出来的
在200摄氏度时，碳原子(上图中的红色和蓝色)结合形成一个新的苯环
这样，单个的分子结构单元连接成一个聚合物链，正如原子力显微镜所见(下图)
信用:Empa 打开暖气——舞池里的运动 在室温下，什么也没有发生，但在大约200摄氏度时，一个惊人的反应发生了，这在液体中永远不会发生:两个异丙基基团——从化学角度来看，它们通常是完全不活跃的——结合起来形成一个苯环
原因是:由于牢固的“粘附”在金表面，一个氢原子首先被松开，然后从分子中释放出来
这就产生了等待新伙伴的碳自由基
而且金面上有很多伙伴
在200摄氏度时，分子振动并快速旋转——在金色的舞池中有很多动作
所以该在一起的很快就会在一起
一切又一次以慢动作进行 黄金面上做媒有两个好处
首先，不需要强制:反应发生时没有硼酸或卤素原子的参与
这是一种仅涉及饱和烃的耦合
起始原料廉价易得，并且没有有毒的副产物
第二个优点是，研究人员可以观察反应的每一步——这是经典的“液体”化学不可能做到的另一件事
Empa小组只是逐渐提高黄金表面的温度
在180摄氏度时，这些分子只把一只胳膊和它们的邻居连接起来，第二只胳膊仍然自由地伸入舞池
如果现在在扫描隧道显微镜中冷却金表面，就可以在分子“结合”之前观察和“拍照”
“这正是研究人员所做的
因此，可以“快照”的形式跟踪反应机理
" “新”化学的机遇 研究人员和他们的同事预计目前的工作会产生两种效果
首先，“快照法”也适用于解释完全不同的反应机理
在Empa，正在开发在扫描隧道显微镜中使用超短激光脉冲的仪器，以逐步阐明这种化学反应
这可能为化学反应提供更多的见解，并很快动摇许多旧理论
然而,“来自干”的研究结果也可以用于进一步发展“液体”化学
到目前为止，文献中记载的大多数反应都来自经典的液体化学，扫描探针研究人员已经能够重现这些实验
将来，某些反应也可以在扫描隧道显微镜中设计出来，然后转化为液态或气态化学
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