Учёные впервые зафиксировали сверхбыстрое превращение радикала в реальном времени

Исследователи из Японии и Канады впервые напрямую наблюдали сверхбыстрое превращение одного химического радикала в другой, происходящее за наносекунды. Для этого они использовали передовую технику — спектроскопию вращения мюонного спина (TF-µSR).

Радикалы — это высокореактивные и недолговечные промежуточные частицы, играющие ключевую роль в органическом синтезе и материаловедении. Однако из-за их крайне короткого времени жизни, особенно в реакциях, длящихся миллиардные доли секунды, их прямое наблюдение всегда было сложной задачей.

Команда под руководством доцента Сигэкадзу Ито из Токийского научного института использовала мюоний (лёгкий изотоп водорода) в качестве «молекулярного трекера». Учёные «пометили» им исходную молекулу 1,2-дииизоцианобензола, чтобы отслеживать реакцию пошагово.

Метод TF-µSR, детектирующий позитроны от распада мюонов, позволил в реальном времени увидеть, как мюоний образует имидоильный радикал, который практически мгновенно циклизуется в продукт — хиоксалинильный радикал. Всё это происходит за несколько наносекунд.

Мы хотели визуализировать сверхбыстрые радикальные процессы, фундаментальные для органической химии. TF-µSR позволил нам проследить, как имидоильный радикал превращается в хиоксалинильный, открыв циклизацию, происходящую за считанные наносекунды, — объясняет Ито.

В отличие от предыдущих исследований, где имидоильные радикалы сохранялись достаточно долго для наблюдения, в данном случае промежуточная частица мгновенно превращалась в циклический продукт. Образовавшийся хиоксалинильный радикал продемонстрировал исключительно высокую реакционную способность.

Это открытие прокладывает путь для изучения химии радикалов, управляемых частицами, и предлагает новые стратегии для молекулярных превращений. В будущем эта методика может помочь химикам лучше контролировать подобные реакции и создавать более точные методы радикального присоединения, что ускорит инновации в синтетической химии и молекулярной инженерии.

Больше информации: Shigekazu Ito et al, Observation of Quinoxalinyl Radical Produced by Muonium Addition to 1,2‐Diisocyanobenzene, Chemistry – A European Journal (2025). DOI: 10.1002/chem.202503139