Organiczne rodniki to przykład związków z niesparowanymi elektronami, których struktura sprawia, iż reagują niezwykle szybko. Czasy ich życia są tak krótkie, że aby je zbadać potrzebne, jest zastosowanie zaawansowanych technik oraz wymagających warunków pomiarowych. Dotychczas związki takie wytwarzano w bardzo niskiej temperaturze w matrycy z gazu szlachetnego albo w wysokiej próżni, w których nie mogły tak szybko reagować.

Jak informuje na swojej stronie Wojskowa Akademia Techniczna, Zespół Nanotechnologii Instytutu Optoelektroniki tej uczelni zaproponował nową metodę badania. Jest ona tańsza w praktycznych zastosowaniach, bo nie wymaga skomplikowanych warunków prowadzenia eksperymentu. Naukowcy osadzają prekursory rodników na powierzchni nanostruktur, generują rodniki, a następnie badają produkty ich reakcji. Jest to pierwszy krok w kierunku opracowania metody, która pozwoli nie tylko na generowanie rodników, ale również na ich pułapkowanie i badanie ich struktury.

Kluczem do wyboru nowej metody jest wzmocniona powierzchniowo spektroskopia Ramana (z ang. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS). Podłoża SERS są stosowane m.in. do wykrywania materiałów niebezpiecznych. Więcej na ten temat serwisie Nauka w Polsce.

ZDĄŻYĆ PRZED REAKCJĄ. PUŁAPKI

Organiczne rodniki są ważne dla prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych, są odpowiedzialne za reaktywność pewnych grupy antybiotyków przeciwnowotworowych, czy też wielu procesów zachodzących w przestrzeni pozaziemskiej. Ich wysoka reaktywność sprawia, że bardzo łatwo reagują z innymi związkami, dlatego ich badanie wymaga odpowiedniego podejścia.

„Badanie takich związków wymaga zastosowania zaawansowanych spektroskopowych lub spektrometrycznych technik badawczych. Eksperymenty te prowadzone są zazwyczaj w niskotemperaturowych matrycach gazów szlachetnych lub w wysokiej próżni. Tylko w takich warunkach można choć na chwilę pułapkować rodniki organiczne, nim ulegną reakcjom z innymi związkami” - wyjaśnia dr inż. Bartłomiej Jankiewicz.

Współautorami tych prac są dr inż. Łukasz Gutowski, Malwina Liszewska, Bartosz Bartosewicz, Bogusław Budner i dr hab. Jan L. Weyher (prof. IWC PAN). Publikacja z badań ukazała się na łamach pisma "Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy" (https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.121312).

Aby wygenerować organiczne monorodniki, naukowcy za pomocą promieniowania UV bezpośrednio stymulowali związki osadzone na powierzchni podłoża SERS. Związki te nazywają się prekursorami rodników i tworzą pojedynczą, samoorganizującą się warstwę. Nie jest łatwo udowodnić, że udało się wytworzyć rodniki. Badacze udowodnili to pośrednio – zbadali mianowicie produkty reakcji z metanolem, właśnie przy użyciu spektroskopii SERS.

KLUCZOWY DOBÓR PODŁOŻA SERS

Eksperci ustalili optymalne warunki dla eksperymentów, które poprawiają wydajność procesu generowania rodników. Wykazali między innymi, że sprawą kluczową dla badania organicznych monorodników jest odpowiedni dobór podłoża SERS. Badania prowadzone były we współpracy z dr. hab. Janem Weyherem, prof. Instytutu Wysokich Ciśnień PAN, który wytworzył podłoża zastosowane w badaniach.

Badania opisane w publikacji oferują środowisku naukowemu nowe podejście do badania reaktywnych związków organicznych z zastosowaniem spektroskopii SERS - podkreślają ich autorzy.

„W naszej metodzie przemiany molekularne na powierzchni nanostruktur metalicznych stymulowane są poprzez bezpośrednie aktywowanie przyłączonych do nich cząsteczek związków chemicznych. To odmienne podejście, w stosunku do metody, w której przemiany te inicjowane są plazmonami powierzchniowymi, generowanymi poprzez oświetlanie powierzchni wiązką laserową” - tak o różnicach mówi dr inż. Jankiewicz.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ zan/