Os investigadores conmemoran o 30 aniversario do descubrimento desta técnica cun traballo sobre a «Reacción de Bergman», publicado na portada da prestixiosa revista científica ‘Nature Chemistry’.
Científicos do IBM Research en Zürich e o CiQUS (Centro Singular de Investigación da Universidade de Santiago de Compostela) observaron por primeira vez a escala atómica un reagrupamento molecular coñecido como a ciclación de Bergman, unha reacción descrita por primeira vez en 1972 polo químico norteamericano Robert G. Bergman que hoxe destaca na súa portada a revista Nature Chemistry.
«Trátase dunha reacción fascinante», afirma Diego Peña. Para o investigador do CiQUS, co-autor do traballo, «nun principio, este reagrupamento molecular considerouse unha simple curiosidade». Con todo, un achado no ocaso dos anos 80 dispararía a súa popularidade: «observouse que o mecanismo de acción dalgunhas sustancias antitumorais estaba baseado precisamente nesta reacción, polo que, naturalmente, este descubrimento atraeu unha grande atención da comunidade científica. Desde entón, converteuse nunha reacción moi coñecida no ámbito da química orgánica».
A chave para a visualización da reacción de Bergman foi o uso dunha técnica coñecida como Microscopía de Forza Atómica (AFM, polas súas siglas en inglés), baseada na utilización dunha punta extremadamente fina capaz de medir pequenas forzas entre o seu extremo e a mostra. O AFM foi desenvolto en 1986 polos científicos de IBM Gerd Binnig e Christoph Gerber xunto con Calvin Quate, investigador da Universidade de Stanford; Binnig e o seu colega Heinrich Rohrer recibiron o Premio Nobel de Física en 1986 polo desenvolvemento do Microscopio de Efecto Túnel (STM), precursor do AFM.
Inducindo reaccións químicas en moléculas individuais
Recentemente, os científicos de IBM en Zúrich modificaron a punta do seu microscopio AFM acoplando unha única molécula de monóxido de carbono; esta molécula –do tamaño dunha décima de nanómetro-, permite obter imaxes moi claras doutras moléculas, así como dos enlaces entre átomos que as forman. O grupo de IBM liderado por Gerhard Meyer e Leo Gross publicou por primeira vez esta técnica en 2009 na revista Science, amosando ao mundo unha asombrosa imaxe dunha molécula chamada pentaceno. Nos anos posteriores seguiron a traballar no refinamento da técnica alén incluso do que se prevía inicialmente, facilitando así adiantos científicos de grande relevancia.
Para o investigador Leo Gross, a gran diferencia desta técnica respecto a outras é que permite analizar moléculas individuais. «Outra vantaxe engadida é que podemos usa-la punta do microscopio para inducir reaccións nestas moléculas, seguindo todo o proceso cunha extraordinaria resolución a nivel atómico».
O traballo que hoxe ve a luz permitiu a L. Gross e o seu equipo explorar un novo campo de aplicación para a súa técnica: a capacidade de inducir reaccións químicas, como avala o caso da ciclación de Bergman. «Traballando a baixa temperatura e sobre superficies inertes, somos capaces de estabilizar intermedios reactivos que, en condicións habituais, teñen tempos de vida demasiado curtos para ser estudados con detalle. Non só dispoñemos da capacidad para formar intermedios moi reactivos coa punta do microscopio crebando e formando enlaces de moléculas individuais senón que, ademais, podemos induci-lo intercambio entre diferentes intermedios. Desta forma modificamo-las propiedades máis importantes destas moléculas, o que inflúe na súa reactividade, estrutura e comportamento, tanto a nivel óptico, como electrónico ou magnético», afirma Gross.
Pola súa parte, o Profesor Diego Peña considera que este traballo amosa o gran potencial da técnica AFM para descubrir novas reaccións inesperadas: «despois de décadas de rigurosa investigación en química en disolución, as posibilidades de descubrir novas reaccións que sexan realmente importantes son moi limitadas. Pola contra, a química en moléculas individuais mediante manipulación atómica non fixo máis que comezar, polo que cabería esperar apaixoantes descubrimentos nos próximos anos».
Desafíos moleculares
Entre os vindeiros retos de investigación do grupo atópase a síntese de moléculas e redes moleculares nanométricas á carta que non poidan ser obtidas por outros medios, ademais de explorar novas aplicacións como os dispositivos lóxicos moleculares, baseados na transferencia de electróns individuais.
Neste sentido, o investigador posdoutoral de IBM Bruno Schuler, primeiro autor do trabajo, sinala que as moléculas investigadas poderían converterse en compoñentes destes dispositivos lóxicos moleculares. «Podemos imaxinar redes covalentes destas moléculas que poden modificar as súas propiedades magnéticas e electrónicas, o que sería de grande utilidade para o desenvolvemento destes dispositivos no futuro».