Die µsr -Spektroskopie (Myon Spin Rotation) ist eine leistungsstarke Technik, mit der das Verhalten von Materialien auf Atomebene untersucht wird. Es beinhaltet die Verwendung von Myonen – subatomare Teilchen ähnlich wie Protonen, jedoch mit einer helleren Masse. Bei Einführung in ein Material interagieren die Myonen mit lokalen Magnetfeldern und liefern einzigartige Einblicke in die Struktur und Dynamik des Materials, insbesondere für hochreaktive Arten wie Radikale.
In einer neuen Studie verwendete ein Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Shigekazu Ito von der School of Materials and Chemical Technology, Institute of Science Tokio, Japan, die µsr-Spektroskopie, um die regioselektive Myoniation von perifluoromethyliertem 12-Phosphatetraphon zu untersuchen 1. Diese Verbindung ist ein Phosphor -Kongener (eine Variante einer gemeinsamen chemischen Struktur). Der Prozess der µsr -Spektroskopie umfasst zunächst die Bildung eines Myoniums (MU), das sich bei einem positiv geladenen Myon (µ) gebildet hat+) erfasst ein Elektron (e– –). Dieser Prozess setzt sich als Reaktion eines Myoniums fort (MU = (µ)+e– –)) mit der Phosphor-haltigen Verbindung, was zur Bildung eines Myoniated Radical an der Phosphorstelle führt. Diese regioselektive Zugabe wird durch die hohe Reaktivität des Phosphoratoms in der Struktur angetrieben, was ein Schlüsselmerkmal von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen ist. Ihre Ergebnisse wurden online veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichte am 7. Januar 2025.
Die Studie ergab, dass Myon ausschließlich mit dem Phosphor -Atom reagiert und an der Phosphorstelle ein stabiles, aber hochreaktives myoniertes Radikal bildet, wodurch die hohe Reaktivität des Moleküls hervorgehoben wurde. Die Forscher beobachteten diese Wechselwirkung im Detail unter Verwendung von Querfeld-µsr (TF-µsr) -Spektroskopie, wodurch sie die magnetische Umgebung, die das Radikal umgibt, direkt untersuchen konnte. TF-µsr-Messungen zeigten, dass selbst bei niedrigen Konzentrationen (0,060 m in Tetrahydrofuran) die Myoniation-Reaktion effizient auftrat, wodurch nachweisbare Signale erzeugt wurden.
„Durch die Verwendung von µsR -Spektroskopie konnten wir den regioselektiven Myoniationsprozess im Detail beobachten und direkte Beweise für die reaktive Natur von Phosphor in dieser Struktur liefern“, erklärt ITO. „Die Fähigkeit, dieses Radikal bei niedrigen Konzentrationen zu untersuchen, eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung reaktiver Spezies in verschiedenen molekularen Systemen.“
Die Forscher verwendeten die Dichtefunktionelle Theorie (DFT), um die Struktur und Stabilität des Myonierten Radikals zu untersuchen. Hyperfeinparameter aM und a31pAbgeleitet von DFT, lieferte wichtige Einblicke in seine elektronische Struktur und Stabilisierung. Diese Berechnungen deuten darauf hin, dass die Struktur von 12-Phosphatetraphen 1 (Myoniated Radical) wird in der flachen π-delokalisierten Form aufgrund des Beitrags einer niedrigsten möglichen (Nullpunkt-) Energie stabilisiert. Diese Stabilisierung verhindert die Bildung eines thermodynamisch bevorzugten tetracyclischen Skeletts vom Sattel.
Eine weitere wichtige Beobachtung aus der Studie war die Temperaturabhängigkeiten von aM und a31p. Mit zunehmender Temperatur beide aM und a31p Die Parameter nahmen ab, was auf eine strukturelle Stabilisierung des Myonierten Radikals hindeutete. Diese Ergebnisse wurden durch µsr- und Myon (vermieden) -Resonanzexperimente gestützt, die zusätzliche Informationen über die Dynamik des Myoniated Radical und seiner strukturellen Eigenschaften lieferten.
„Diese Studie liefert wertvolle Einblicke in die Dynamik und die strukturellen Veränderungen des myoniierten Radikals, die die zukünftige Forschung zu radikalem Verhalten und Stabilisierung beeinflussen könnten“, sagt ITO. Das Auflösungsstamm im molekularen Gerät verbessert die Stabilität und Reaktivität und optimiert das Material für praktische Anwendungen wie funktionelle Materialien und Nukleinsäureregulation. Diese Verbesserung erhöht die Zuverlässigkeit und eröffnet neue Möglichkeiten für fortschrittliche Technologien und therapeutische Anwendungen.
Die regioselektive Male von perifluormethyliertem 12-phosphatetrapheden 1 Es wird erwartet, dass sie Auswirkungen auf die Bereiche der Materialwissenschaft und -biologie haben, indem Elektronenspin funktionelle Materialien bzw. regulatorische Substanzen für Nukleinsäuren erzeugt werden. Insgesamt verbessert diese Studie das Verständnis der phosphorhaltigen Radikale und unterstreicht die Vielseitigkeit der µsR-Spektroskopie bei der Untersuchung von reaktiven Spezies auf Atomebene.
