Исследователи впервые удалили отдельный атом из молекулы

Международная команда ученых впервые продемонстрировала возможность редактирования «скелета» одной-единственной молекулы с атомной точностью. Исследователи показали, что могут выборочно удалять отдельный атом из ядра органической молекулы, не разрушая ее структуру в целом.

Работа опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society (JACS).

В отличие от привычных химических методов, которые в основном позволяют изменять внешние функциональные группы молекул, изменение самого «скелета» считается одной из самых сложных задач химии. Однако именно такие минимальные изменения — например удаление всего одного атома — могут принципиально повлиять на свойства вещества, включая эффективность и токсичность лекарственных препаратов.

В новом эксперименте ученые использовали зондовый микроскоп, работающий при температуре около –268 градусов Цельсия и в условиях сверхвысокого вакуума. С его помощью они воздействовали на отдельные молекулы, нанесенные на поверхность, и с помощью электрических импульсов смогли выборочно удалить один атом кислорода из центра органической структуры, состоящей из двадцати атомов углерода.

Как показал анализ, в большинстве случаев удаленный атом кислорода перемещался из ядра молекулы на ее периферию, а в отдельных экспериментах исчезал полностью. При этом углеродный каркас сохранялся, формируя новую молекулу с иными свойствами. Механизм реакции и ее избирательность ученые подтвердили с помощью квантово-механических расчетов.

По словам авторов, достигнутый уровень точности можно сравнить с «атомным конструктором», где отдельные элементы молекулы удаляются или переставляются по заданному сценарию. В перспективе такой подход может ускорить поиск новых лекарств, а также быть использован для создания и модификации органических наноструктур и переработки полимеров.

Исследователи отметили, что в будущем технология может позволить получать нестабильные или «неуловимые» молекулы, которые невозможно синтезировать традиционными методами химии в растворах.