Een onderzoeksproject geleid door scheikundigen van de Universiteit van Warwick gebruikte eerst ultrahoge resolutie scanning tunneling microscopie om de exacte locatie van atomen en bindingen in een molecuul te zien, en vervolgens deze ongelooflijk nauwkeurige afbeeldingen gebruikten om de interacties te bepalen die moleculen aan elkaar binden.

Met behulp van een superscherpe naald met koolmonoxidetip, bevroren tot 7 Kelvin (min 266 graden Celsius), de onderzoekers konden identificeren of bindingen waterstof of halogeen zijn, en waren ook in staat om minieme defecten in deze materialen op te pikken. Deze resultaten kunnen van groot belang zijn bij het creëren van nieuwe geneesmiddelen die zuiverder zijn dan ooit.

De onderzoekers vergeleken standaard STM met ultrahoge resolutie op een gebromeerd polycyclisch aromatisch molecuul dat op een gouden oppervlak was gelegd. Ze waren in staat om aan te tonen dat standaard STM-metingen de aard van de intermoleculaire interacties niet definitief konden vaststellen, maar de nieuwe techniek kon de locatie van koolstofringen en halogeenatomen duidelijk identificeren, bepalen dat halogeenbinding de assemblages regelt.

Hun onderzoek wordt vandaag gepubliceerd, 30 april 2020, in een paper getiteld "Combining high-resolution scanning tunneling microscopie en eerste-principes simulaties om halogeenbinding te identificeren" in Natuurcommunicatie .

Een van de hoofdonderzoekers van het artikel, Professor Giovanni Costantini, van de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Warwick zei:

"De bekende fysicus Richard Feynman zei ooit dat de gemakkelijkste manier om een ​​gecompliceerde chemische stof te analyseren, zou zijn " ernaar te kijken en te zien waar de atomen zijn"; de techniek die we hebben gebruikt is een manier om precies dat te doen.

"Scanning tunneling microscopie (STM) kan normaal gesproken alleen de algehele vorm en positie van moleculen in een materiaal onthullen, maar heeft niet de precisie die nodig is om hun exacte atomaire structuur te bepalen.

"Echter, met behulp van ultrahoge resolutie STM, we konden de locatie van koolstofringen en halogeenatomen precies lokaliseren, waardoor we konden vaststellen dat halogeen in plaats van waterstofbinding de moleculaire assemblage van dit materiaal beheerste.

"Door de bezwering van Richard Feynman om "kijk maar naar het ding" op de voet te volgen, onze duidelijke visualisatie van de werkelijke posities van atomen in de moleculen stelde ons in staat om de positie en de aard van de binding tussen de moleculen af ​​te leiden.

"Dit werd ondersteund door theoretische berekeningen die een aantal elektronische kenmerken aan het licht brachten die de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) erkent als identificerende kenmerken van halogeenbinding. We geloven dat een aanzienlijk deel van de moeilijke of controversiële moleculaire structuren die in de literatuur van de afgelopen decennia zou snel en duidelijk kunnen worden opgelost door deze benadering te gebruiken en we voorspellen het toenemende gebruik ervan in moleculaire nanowetenschap aan oppervlakken."

Een andere van de hoofdonderzoekers op het papier, Universitair docent Gabriele Sosso, van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Warwick wijst er ook op dat:

"Het vermogen om de positie van halogeenbindingen te onderscheiden en daadwerkelijk duidelijk te identificeren, zal van bijzondere waarde zijn voor onderzoekers die proberen biomoleculaire herkenning te begrijpen en nieuwe farmaceutische geneesmiddelen te ontwerpen.

"In feite, het grootste deel van de medicinale chemie was tot nu toe gericht op de rol van waterstofbruggen, aangezien ze alomtegenwoordig zijn in zowel de biochemie als de materiaalkunde:inzicht in halogeenbinding zal dus een extra hulpmiddel zijn om de volgende generatie moleculaire systemen voor het ontwerpen van geneesmiddelen te ontwikkelen.

"Daartoe, het is essentieel dat, zoals we deden in dit werk, we brengen experimenten en simulaties samen - om een ​​alomvattend beeld te geven van deze nog grotendeels onontgonnen moleculaire interactie."