Femtoquímica

La femtoquímica es el área de la química física que estudia las reacciones químicas en escalas de tiempo extremadamente cortas (aproximadamente 10-15 segundos o un femtosegundo , de ahí el nombre) para estudiar el acto mismo de los átomos dentro de las moléculas (reactivos) que se reorganizan para formar nuevas moléculas ( productos). En un número de 1988 de la revista Science , Ahmed Hassan Zewail publicó un artículo usando este término por primera vez, declarando "Femtoquímica en tiempo real, es decir, química en la escala de tiempo de femtosegundos ...". [1] Más tarde, en 1999, Zewail recibió el Premio Nobel de Química.por su trabajo pionero en este campo que demuestra que es posible ver cómo se mueven los átomos en una molécula durante una reacción química con destellos de luz láser . [2]

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Técnicas de bomba-sonda

La aplicación de la femtoquímica en estudios biológicos también ha ayudado a dilucidar la dinámica conformacional de las estructuras de ARN de tallo-bucle . [3] [4]

Muchas publicaciones han discutido la posibilidad de controlar reacciones químicas por este método, [ aclaración necesaria ] pero esto sigue siendo controvertido. [5] Los pasos en algunas reacciones ocurren en la escala de tiempo de femtosegundos y, a veces, en escalas de tiempo de attosegundos , [6] y algunas veces forman productos intermedios . Estos intermedios de reacción no siempre pueden deducirse de la observación de los productos iniciales y finales.

El enfoque más simple y aún una de las técnicas más comunes se conoce como espectroscopía de bomba-sonda . En este método, se utilizan dos o más pulsos ópticos con retardo de tiempo variable entre ellos para investigar los procesos que ocurren durante una reacción química. El primer pulso (bomba) inicia la reacción, rompiendo un enlace o excitando uno de los reactivos. El segundo pulso (sonda) se usa luego para interrogar el progreso de la reacción un cierto período de tiempo después del inicio. A medida que avanza la reacción, cambiará la respuesta del sistema de reacción al pulso de la sonda. Al escanear continuamente el tiempo de demora entre los pulsos de la bomba y la sonda y observar la respuesta, los trabajadores pueden reconstruir el progreso de la reacción en función del tiempo.

Disociación de bromo

La femtoquímica se ha utilizado para mostrar las etapas electrónicas de disociación del bromo resueltas en el tiempo . [7] Cuando se disocia mediante un pulso láser de 400 nm, los electrones se localizan completamente en átomos individuales después de 140 fs, con átomos de Br separados por 6,0 Å después de 160 fs.

  1. ↑ Zewail, AH (23 de diciembre de 1988). "Femtoquímica láser". Ciencia . 242 (4886): 1645–1653. doi : 10.1126 / science.242.4886.1645 . ISSN  0036-8075 . PMID  17730575 . S2CID  220103588 .
  2. ^ El Premio Nobel de Química de 1999 , artículo en nobelprize.org
  3. ^ Kadakkuzha, BM; Zhao, L .; Xia, T. (2009). "Distribución conformacional y dinámica de base ultrarrápida de Leadzyme". Bioquímica . 48 (22): 3807–3809. doi : 10.1021 / bi900256q . PMID  19301929 .
  4. ^ Lu, Jia; Kadakkuzha, Beena M .; Zhao, Liang; et al. (2011). "Vista de conjunto dinámico del paisaje conformacional de ARN TAR de VIH-1 y reconocimiento alostérico". Bioquímica . 50 (22): 5042–5057. doi : 10.1021 / bi200495d . PMID  21553929 .
  5. ^ "Femtoquímica: pasado, presente y futuro" . AH Zewail, Pure Appl. Chem. , Vol. 72, núm. 12, págs. 2219–2231, 2000.
  6. ^ Kling, Matthias F .; Vrakking, Marc JJ (1 de mayo de 2008). "Dinámica de electrones de attosegundos". Revisión anual de química física . 59 (1): 463–492. Código Bibliográfico : 2008ARPC ... 59..463K . doi : 10.1146 / annurev.physchem.59.032607.093532 . PMID  18031218 .
  7. ^ Li, Wen; et al. (23 de noviembre de 2010). "Visualización de reordenamiento de electrones en el espacio y cronometrar la transición de una molécula a los átomos" . PNAS . 107 (47): 20219-20222. Código bibliográfico : 2010PNAS..10720219L . doi : 10.1073 / pnas.1014723107 . PMC  2996685 . PMID  21059945 .

Andrew M. Weiner (2009). Óptica ultrarrápida . Wiley. ISBN 978-0-471-41539-8.

  • Femtoquímica: dinámica ultrarrápida del enlace químico , Ahmed H Zewail, World Scientific, 1994

  • Control y sondeo de átomos y moléculas con pulsos láser ultrarrápidos , tesis doctoral