in fraganti - nano-bio spectroscopy...

"In fraganti"

13/05/2016

Fecha Titular/Medio Pág. Docs.

03/05/16 Viewing a catalytic reaction in action / nanowerk.com 4 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / somosmuchos.es 6 1

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / Bolsamania 7 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / SIGLO XXI 9 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / El Dia 11 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / Lainformacion.com 13 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / El Economista.es 15 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / Informativos Telecinco 17 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / TribunaLeon.com 19 2

03/05/16 Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / Yahoo! España 21 2

03/05/16 Un hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas / Catalunya Vanguardista 23 3

03/05/16 Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / Noodls 26 2

03/05/16 The intermediates in a chemical reaction photographed red-handed' / Noodls 28 2

03/05/16 'In fraganti' harrapatu dituzte erreakzio kimiko baten bitarteko substantziak / Universidad del País Vasco 30 2

03/05/16 Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / InterEmpresas Net 32 2

03/05/16 The intermediates in a chemical reaction photographed 'red-handed' / Alpha Galileo 34 2

03/05/16 Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / Universidad del País Vasco 36 2

03/05/16 The intermediates in a chemical reaction photographed 'red-handed' / EurekAlert! 38 2

04/05/16 Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / NCYT 40 2

05/05/16 Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / quimica.es/noticias 42 3

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Fecha Titular/Medio Pág. Docs.

05/05/16 Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química / Portada de Bitacoras.com 45 1

05/05/16 The intermediates in a chemical reaction photographed 'red-handed' Researchers at the UPV/EHU-University of the BasqueCountry have for the first time succeeded in imaging all the steps in a complex organic reaction and have resolved themechanisms that explain it / nanotech-now.com

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06/05/16 Viewing a catalytic reaction in action / ChemEurope.com 48 2

09/05/16 Atomic force microscope reveals molecular ghosts / EurekAlert! - Breaking News 50 3

09/05/16 Atomic force microscope reveals chemical ghosts / noodls.com 53 4

09/05/16 Atomic force microscope reveals chemical ghosts / Berkeley News 57 3

10/05/16 Atomic force microscope reveals molecular ghosts / EurekAlert! 60 3

10/05/16 Atomic force microscope reveals molecular ghosts / PhysOrg.com 63 2

10/05/16 Atomic Force Microscope Reveals Chemical Ghosts / Laboratory Equipment 65 2

10/05/16 Atomic Force Microscope Reveals Chemical Ghosts / ECN 67 2

11/05/16 Atomic force microscope reveals chemical ghosts / globalnewsconnect.com 69 3

11/05/16 Atomic force microscope reveals molecular ghosts: Mapping molecules with atomic precision expands toolbox for designingnew catalytic reactions / nanotech-now.com

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11/05/16 Fotografiadas in fraganti las sustancias intermedias de una reacción química / Euskadi+innova 75 2

11/05/16 In fraganti harrapatu dituzte erreakzio kimiko baten bitarteko substantziak / Grupo Spri 77 2

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nanowerk.comhttp://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=43292.php

Mar, 3 de may de 2016 00:00Audiencia: 19.064

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Viewing a catalytic reaction in action

Martes, 3 de mayo de 2016

(Nanowerk News) To be able to follow and directly visualize how the structure of molecules changes whenthey undergo complex chemical transformations has been a long-standing goal of chemistry. While reactionintermediates are particularly difficult to identify and characterize due to their short lifetimes, knowledge of thestructure of these species can give valuable insights into reaction mechanisms and therefore impact fieldsbeyond the chemical industry, such as materials science, nanotechnology, biology and medicine.Now an international team of researchers led by Felix R. Fischer, Michael F. Crommie (University of Californiaat Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory), and Angel Rubio (Director at the Max Planck Institutefor the Structure and Dynamics of Matter at CFEL in Hamburg and Distinguished Professor at the Universityof the Basque Country in San Sebastián) has imaged and resolved the bond configuration of reactants,intermediates and final products of a complex and technologically relevant organic surface reaction at thesingle-molecule level.The findings are published in the journal Nature Chemistry ("Imaging single-molecule reaction intermediatesstabilized by surface dissipation and entropy").Identification of reactants, transient intermediates, and products in a bimolecular enediyne coupling andcyclization cascade on a silver surface by non-contact atomic force microscopyIdentification of reactants, transient intermediates, and products in a bimolecular enediyne coupling andcyclization cascade on a silver surface by non-contact atomic force microscopy. The corresponding chemicalstructures are depicted below the nc-AFM images. (Image: A. Riss/Technical University of Munich) (click onimage to enlarge)Chemical transformations at the interface between solid/liquid or solid/gaseous phases of matter lie at theheart of key industrial-scale manufacturing processes. The microscopic mechanism of this surface-catalyzedorganic reaction is a grand challenge for modern heterogeneous catalysis and its application to industrial-scalechemical processes.Competing pathways that lead to numerous intermediates and undesired side products often hamperinvestigation of the underlying reaction mechanisms that transform crude feedstock into complex value-addedchemicals at the surface of a heterogeneous catalyst bed. The precise structural identification of transientreaction intermediates and products, however, is limited by their respective concentrations in the sample stream.In the present work, the chemical structures associated with different steps of a multistep reaction cascade ofenediyne molecules on a silver surface were imaged using non-contact atomic force microscopy (nc-AFM)with special functionalized tips (using a carbon monoxide molecule to enhance resolution). Identification ofthe precise bond configuration of the intermediate species has allowed the determination of the intricate

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sequence of chemical transformations along the pathway from reactants via intermediates to end productsand thus allowed unraveling the microscopic mechanisms behind that intricate dynamical behavior. It was striking to be able to directly measure and theoretically characterize the chemical structure of reactionintermediates in this complex system, said Felix Fischer, Professor for Chemistry at the University of BerkeleyCalifornia and co-lead author of the study. This is a huge step for chemical synthesis, added co-lead author Angel Rubio, Director at the Max PlanckInstitute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg and Distinguished Professor for Physics at theUniversity of the Basque Country. However, we wanted to go deeper and understand why the intermediatesare stabilized on the surface this does not happen in solution.A combination of extensive state-of-the-art numerical calculations with classic analytical models describingthe kinetics of sequential chemical reactions has shown that it is not enough to consider the energy potentiallandscape (i.e. the energies of the species along the reaction pathway and the associated transformationbarriers), but that energy dissipation to the substrate and changes in molecular entropy play a critical role forthe stabilization of the intermediates. The surface, and in particular the interaction of molecular radicals withthe surface, plays a key role for both, entropy and selective dissipation, highlighting fundamental differencesof surface-supported reactions compared to gas-phase or solution chemistry.Such detailed understanding constitutes a fundamental milestone in the analysis of chemical reactions thatwas achieved through the synergy between single-molecule visualization of chemical reactions and state-of-the-art high-performance computer modeling. By these means, many limitations of conventional ensembleaveraging spectroscopic techniques are surpassed, and an unprecedented atomic-scale picture of the reactionmechanisms, driving forces and kinetics emerges.Such new insight may open countless of hitherto unexplored venues for the future design and optimization ofheterogeneous catalytic systems, for the development of novel synthetic tools applied to carbon-basednanotechnology, as well as for biochemical and materials science applications.Source: Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of MatterIf you liked this article, please give it a quick review on reddit or StumbleUpon. Thanks!

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somosmuchos.eshttp://somosmuchos.es/fotografian-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica/

Mar, 3 de may de 2016 12:01Audiencia: 356

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Fotografían 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química


Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el grupo de investigaciónNano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado por primera vez la configuraciónde los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia de transformaciones químicas demoléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto los mecanismos microscópicos que explicansu comportamiento. PULSE SOBRE EL ENLACE PARA VER EL ARTICULO COMPLETO: Fotografían 'infraganti' las sustancias intermedias de una reacción química

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Bolsamaniahttp://www.bolsamania.com/noticias/sociedad/fotografian-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica--1147777.html


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MADRID, 3 (EUROPA PRESS) Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que seencuentra el grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado eidentificado por primera vez la configuración de los enlaces de las especies intermedias de una complejasecuencia de transformaciones químicas de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resueltolos mecanismos microscópicos que explican su comportamiento. Uno de los objetivos que durante muchísimotiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómocambian las estructuras de las moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Losintermedios de reacción, aquellas sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de unareacción, antes de obtener los productos, son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debidoa su corta vida. Los expertos han explicado que, conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. El nuevologro, que ha sido publicado en 'Nature Chemistry', ha captado la imagen y ha resuelto la configuración delos enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica,a nivel de una sola molécula. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadasa diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre unasuperficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés)con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñasprotuberancias a escala atómica --de una manera similar a la lectura en Braille--, ya que se adsorbe unamolécula de monóxido de carbono que actúa como 'dedo' en la lectura, para aumentar su resolución. Laidentificación precisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinar lacompleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de losreactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productos finales, según ha explicado uno de losresponsables del trabajo, Ángel Rubio. Además, ha apuntado que, a su vez, "ha permitido resolver losmecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámico tan complejo". ESTABILIZACIÓNDE INTERMEDIOS Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelosanalíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicas secuenciales --el área que estudia larapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden en ella--, ha quedado probado que, paraexplicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial delas mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropíamolecular, que mide el grado de organización de un sistema. La superficie, y en particular la interacción de

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Bolsamaniahttp://www.bolsamania.com/noticias/sociedad/fotografian-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica--1147777.html


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las sustancias intermedias extremadamente inestables con la superficie, juega un papel fundamental tantoen la entropía como en la disipación de energía, que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadasen una superficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguidagracias a la sinergia entre la visualización de las reacciones químicas de una molécula y los últimos avancesen modelización computacional, "constituye un hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas",según ha apuntado el investigador. En este sentido, ha indicado que "se han superado muchas de laslimitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales" y que se ha conseguido "una imagen a escalaatómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética". Según haexplicado Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontables nuevos campos, nunca exploradoshasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo denuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, así como aplicaciones en cienciasde materiales y bioquímicas.

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SIGLO XXIhttp://www.diariosigloxxi.com/texto-ep/mostrar/20160503120159/fotografian-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica


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MADRID, 3 (EUROPA PRESS) Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que seencuentra el grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado eidentificado por primera vez la configuración de los enlaces de las especies intermedias de una complejasecuencia de transformaciones químicas de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resueltolos mecanismos microscópicos que explican su comportamiento. Uno de los objetivos que durante muchísimotiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómocambian las estructuras de las moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Losintermedios de reacción, aquellas sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de unareacción, antes de obtener los productos, son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debidoa su corta vida. Los expertos han explicado que, conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. Elnuevo logro, que ha sido publicado en 'Nature Chemistry', ha captado la imagen y ha resuelto la configuraciónde los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica,a nivel de una sola molécula. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadasa diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre unasuperficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés)con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñasprotuberancias a escala atómica --de una manera similar a la lectura en Braille--, ya que se adsorbe unamolécula de monóxido de carbono que actúa como 'dedo' en la lectura, para aumentar su resolución. Laidentificación precisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinar lacompleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de losreactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productos finales, según ha explicado uno de losresponsables del trabajo, Ángel Rubio. Además, ha apuntado que, a su vez, "ha permitido resolver losmecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámico tan complejo". ESTABILIZACIÓNDE INTERMEDIOS Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelosanalíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicas secuenciales --el área que estudia larapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden en ella--, ha quedado probado que, paraexplicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial delas mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropíamolecular, que mide el grado de organización de un sistema. La superficie, y en particular la interacción de

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SIGLO XXIhttp://www.diariosigloxxi.com/texto-ep/mostrar/20160503120159/fotografian-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica


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El Diahttp://eldia.es/agencias/8665412-Fotografian-in-fraganti-sustancias-intermedias-reaccion-quimica


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Madrid, Europa Press Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra elgrupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado porprimera vez la configuración de los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia detransformaciones químicas de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto losmecanismos microscópicos que explican su comportamiento. Uno de los objetivos que durante muchísimotiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómocambian las estructuras de las moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Losintermedios de reacción, aquellas sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de unareacción, antes de obtener los productos, son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debidoa su corta vida. Los expertos han explicado que, conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. Elnuevo logro, que ha sido publicado en 'Nature Chemistry', ha captado la imagen y ha resuelto la configuraciónde los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica,a nivel de una sola molécula. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadasa diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre unasuperficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés)con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñasprotuberancias a escala atómica --de una manera similar a la lectura en Braille--, ya que se adsorbe unamolécula de monóxido de carbono que actúa como 'dedo' en la lectura, para aumentar su resolución. Laidentificación precisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinar lacompleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de losreactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productos finales, según ha explicado uno de losresponsables del trabajo, Ángel Rubio. Además, ha apuntado que, a su vez, "ha permitido resolver losmecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámico tan complejo". ESTABILIZACIÓNDE INTERMEDIOS Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelosanalíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicas secuenciales --el área que estudia larapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden en ella--, ha quedado probado que, paraexplicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial delas mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropíamolecular, que mide el grado de organización de un sistema. La superficie, y en particular la interacción de

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El Diahttp://eldia.es/agencias/8665412-Fotografian-in-fraganti-sustancias-intermedias-reaccion-quimica


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Lainformacion.comhttp://noticias.lainformacion.com/ciencia-y-tecnologia/nanotecnologia/Fotografian-fraganti-sustancias-intermedias-reaccion_0_913409056.html


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Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el grupo de investigaciónNano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado por primera vez la configuraciónde los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia de transformaciones químicas demoléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto los mecanismos microscópicos que explicansu comportamiento. Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos hasido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculascuando experimentan complejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción, aquellassustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener losproductos, son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debido a su corta vida. Los expertos hanexplicado que, conocer la estructura de estas especies intermedias puede ser de gran ayuda para entenderlos mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un gran impacto en la industria química, laciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. El nuevo logro, que ha sido publicadoen 'Nature Chemistry', ha captado la imagen y ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos,de los intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula.El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadas a diferentes etapas de la reacciónen cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, utilizando unmicroscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés) con una sonda especialmentesensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica--de una manera similar a la lectura en Braille--, ya que se adsorbe una molécula de monóxido de carbonoque actúa como 'dedo' en la lectura, para aumentar su resolución. La identificación precisa de la configuraciónde enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinar la compleja secuencia de transformacionesquímicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de los reactivos, pasando por los intermedios yacabando en los productos finales, según ha explicado uno de los responsables del trabajo, Ángel Rubio.Además, ha apuntado que, a su vez, "ha permitido resolver los mecanismos microscópicos que suceden eneste comportamiento dinámico tan complejo". ESTABILIZACIÓN DE INTERMEDIOS Mediante lacombinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describen lacinética de reacciones químicas secuenciales --el área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventosmoleculares que suceden en ella--, ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustanciasintermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental teneren cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular, que mide el grado de organizaciónde un sistema. La superficie, y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamente

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inestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía,que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fasegaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualizaciónde las reacciones químicas de una molécula y los últimos avances en modelización computacional, "constituyeun hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas", según ha apuntado el investigador. En estesentido, ha indicado que "se han superado muchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicasconvencionales" y que se ha conseguido "una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismosde reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética". Según ha explicado Rubio, todo este nuevo conocimientopuede abrir incontables nuevos campos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseños y optimizacionesde sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesis aplicadas a lananotecnología del carbono, así como aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas.

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El Economista.eshttp://ecodiario.eleconomista.es/sociedad/noticias/7536917/05/16/Fotografian-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica.html


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3/05/2016 - 12:01 Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra elgrupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado porprimera vez la configuración de los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia detransformaciones químicas de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto losmecanismos microscópicos que explican su comportamiento. MADRID, 3 (EUROPA PRESS) Uno de losobjetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguiry visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuando experimentan complejastransformaciones químicas. Los intermedios de reacción, aquellas sustancias muy inestables que se formanen las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos, son extremadamente difíciles deidentificar y caracterizar, debido a su corta vida. Los expertos han explicado que, conocer la estructura deestas especies intermedias puede ser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso,además, puede generar un gran impacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología,la biología y la medicina. El nuevo logro, que ha sido publicado en 'Nature Chemistry', ha captado la imageny ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finalesde una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula. El equipo ha conseguido las imágenesde las estructuras químicas asociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas,de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sincontacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy finaque puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica --de una manera similar a la lecturaen Braille--, ya que se adsorbe una molécula de monóxido de carbono que actúa como 'dedo' en la lectura,para aumentar su resolución. La identificación precisa de la configuración de enlaces de las especiesintermedias "ha permitido determinar la compleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo delmecanismo de reacción, partiendo de los reactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productosfinales, según ha explicado uno de los responsables del trabajo, Ángel Rubio. Además, ha apuntado que, asu vez, "ha permitido resolver los mecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámicotan complejo". ESTABILIZACIÓN DE INTERMEDIOS Mediante la combinación de los últimos avances encálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicassecuenciales --el área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden enella--, ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficienteconsiderar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación deenergía y los cambios de entropía molecular, que mide el grado de organización de un sistema. La superficie,

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El Economista.eshttp://ecodiario.eleconomista.es/sociedad/noticias/7536917/05/16/Fotografian-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica.html


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y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamente inestables con la superficie, juegaun papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía, que marca una gran diferenciaentre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución. Estadetallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualización de las reacciones químicas deuna molécula y los últimos avances en modelización computacional, "constituye un hito fundamental en elanálisis de las reacciones químicas", según ha apuntado el investigador. En este sentido, ha indicado que "se han superado muchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales" y que se haconseguido "una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzasimpulsoras y la cinética". Según ha explicado Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontablesnuevos campos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticosheterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, asícomo aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas.

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Informativos Telecincohttp://www.telecinco.es/informativos/tecnologia/Fotografian-fraganti-sustancias-intermedias-reaccion_0_2173500184.html

Mar, 3 de may de 2016 12:12Audiencia: 1.380.630

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Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el grupo de investigaciónNano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado por primera vez la configuraciónde los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia de transformaciones químicas demoléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto los mecanismos microscópicos que explicansu comportamiento. Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sidoser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuandoexperimentan complejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción, aquellas sustancias muyinestables que se forman en las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos, sonextremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debido a su corta vida. Los expertos han explicado que,conocer la estructura de estas especies intermedias puede ser de gran ayuda para entender los mecanismosde la reacción, y eso, además, puede generar un gran impacto en la industria química, la ciencia de materiales,la nanotecnología, la biología y la medicina. El nuevo logro, que ha sido publicado en 'Nature Chemistry', hacaptado la imagen y ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de losproductos finales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula. El equipo ha conseguidolas imágenes de las estructuras químicas asociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiplesetapas, de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómicasin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muyfina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica --de una manera similar a lalectura en Braille--, ya que se adsorbe una molécula de monóxido de carbono que actúa como 'dedo' en lalectura, para aumentar su resolución. La identificación precisa de la configuración de enlaces de las especiesintermedias "ha permitido determinar la compleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo delmecanismo de reacción, partiendo de los reactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productosfinales, según ha explicado uno de los responsables del trabajo, Ángel Rubio. Además, ha apuntado que, asu vez, "ha permitido resolver los mecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámicotan complejo". ESTABILIZACIÓN DE INTERMEDIOS Mediante la combinación de los últimos avances encálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicassecuenciales --el área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden enella--, ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficienteconsiderar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación deenergía y los cambios de entropía molecular, que mide el grado de organización de un sistema. La superficie,y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamente inestables con la superficie, juega

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Informativos Telecincohttp://www.telecinco.es/informativos/tecnologia/Fotografian-fraganti-sustancias-intermedias-reaccion_0_2173500184.html


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un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía, que marca una gran diferenciaentre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución. Estadetallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualización de las reacciones químicas deuna molécula y los últimos avances en modelización computacional, "constituye un hito fundamental en elanálisis de las reacciones químicas", según ha apuntado el investigador. En este sentido, ha indicado que "se han superado muchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales" y que se haconseguido "una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzasimpulsoras y la cinética". Según ha explicado Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontablesnuevos campos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticosheterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, asícomo aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas.

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Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el grupo de investigaciónNano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado por primera vez la configuraciónde los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia de transformaciones químicas demoléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto los mecanismos microscópicos que explicansu comportamiento. MADRID, 3 (EUROPA PRESS) Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo hanperseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómo cambian lasestructuras de las moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Los intermediosde reacción, aquellas sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de una reacción,antes de obtener los productos, son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debido a su cortavida. Los expertos han explicado que, conocer la estructura de estas especies intermedias puede ser de granayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un gran impacto en laindustria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. El nuevo logro, queha sido publicado en 'Nature Chemistry', ha captado la imagen y ha resuelto la configuración de los enlacesde los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica, a nivel deuna sola molécula. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadas a diferentesetapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre una superficie deplata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés) con unasonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñas protuberanciasa escala atómica --de una manera similar a la lectura en Braille--, ya que se adsorbe una molécula de monóxidode carbono que actúa como 'dedo' en la lectura, para aumentar su resolución. La identificación precisa dela configuración de enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinar la compleja secuencia detransformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de los reactivos, pasando por losintermedios y acabando en los productos finales, según ha explicado uno de los responsables del trabajo,Ángel Rubio. Además, ha apuntado que, a su vez, "ha permitido resolver los mecanismos microscópicos quesuceden en este comportamiento dinámico tan complejo". ESTABILIZACIÓN DE INTERMEDIOS Mediantela combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describenla cinética de reacciones químicas secuenciales --el área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventosmoleculares que suceden en ella--, ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustanciasintermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental teneren cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular, que mide el grado de organizaciónde un sistema. La superficie, y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamente

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inestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía,que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fasegaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualizaciónde las reacciones químicas de una molécula y los últimos avances en modelización computacional, "constituyeun hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas", según ha apuntado el investigador. En estesentido, ha indicado que "se han superado muchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicasconvencionales" y que se ha conseguido "una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismosde reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética". Según ha explicado Rubio, todo este nuevo conocimientopuede abrir incontables nuevos campos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseños y optimizacionesde sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesis aplicadas a lananotecnología del carbono, así como aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas.

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MADRID, 3 (EUROPA PRESS) Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que seencuentra el grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado eidentificado por primera vez la configuración de los enlaces de las especies intermedias de una complejasecuencia de transformaciones químicas de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resueltolos mecanismos microscópicos que explican su comportamiento. Uno de los objetivos que durante muchísimotiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómocambian las estructuras de las moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Losintermedios de reacción, aquellas sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de unareacción, antes de obtener los productos, son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debidoa su corta vida. Los expertos han explicado que, conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. Elnuevo logro, que ha sido publicado en 'Nature Chemistry', ha captado la imagen y ha resuelto la configuraciónde los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica,a nivel de una sola molécula. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadasa diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre unasuperficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés)con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñasprotuberancias a escala atómica --de una manera similar a la lectura en Braille--, ya que se adsorbe unamolécula de monóxido de carbono que actúa como 'dedo' en la lectura, para aumentar su resolución. Laidentificación precisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinar lacompleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de losreactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productos finales, según ha explicado uno de losresponsables del trabajo, Ángel Rubio. Además, ha apuntado que, a su vez, "ha permitido resolver losmecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámico tan complejo". ESTABILIZACIÓNDE INTERMEDIOS Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelosanalíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicas secuenciales --el área que estudia larapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden en ella--, ha quedado probado que, paraexplicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial delas mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropíamolecular, que mide el grado de organización de un sistema. La superficie, y en particular la interacción de

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las sustancias intermedias extremadamente inestables con la superficie, juega un papel fundamental tantoen la entropía como en la disipación de energía, que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadasen una superficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguidagracias a la sinergia entre la visualización de las reacciones químicas de una molécula y los últimos avancesen modelización computacional, "constituye un hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas",según ha apuntado el investigador. Leer más En este sentido, ha indicado que "se han superado muchasde las limitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales" y que se ha conseguido "una imagen aescala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética". Segúnha explicado Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontables nuevos campos, nunca exploradoshasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo denuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, así como aplicaciones en cienciasde materiales y bioquímicas.

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Un hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas


Secuencia de imágenes de las etapas de la reacción de moléculas de enediina sobre una superficie de plata(A. Riss / Technische Universität München) Fotografiadas in fraganti las sustancias intermedias de unareacción química Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el grupode investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado por primeravez la configuración de los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia detransformaciones químicas de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto losmecanismos microscópicos que explican su comportamiento. La revista Nature Chemistry publica estainvestigación en su último número. . UPV/EHU Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo hanperseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómo cambian lasestructuras de las moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Los intermediosde reacción sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de una reacción, antes deobtener los productos son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debido a su corta vida. Conocerla estructura de estas especies intermedias puede ser de gran ayuda para entender los mecanismos de lareacción, y eso, además, puede generar un gran impacto en la industria química, la ciencia de materiales, lananotecnología, la biología y la medicina. Angel Rubio, Dimas G. Oteyza y Alejandro Pérez (izq-dcha) UPV/ EHU . Un prestigioso equipo internacional de investigadores liderados por Felix R. Fischer y Michael F.Crommie (Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio(catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHUy director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo) ha captado laimagen y ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productosfinales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula. La prestigiosa revista Nature Chemistryha publicado la investigación en su último número. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructurasquímicas asociadas a diferentes etapas El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicasasociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobreuna superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas eninglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñasprotuberancias a escala atómica (de una manera similar a la lectura en Braille), ya que se adsorbe una moléculade monóxido de carbono que actúa como dedo en la lectura, para aumentar su resolución. La identificaciónprecisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias ha permitido determinar la complejasecuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de los reactivos,pasando por los intermedios y acabando en los productos finales explica Ángel Rubio, catedrático de la UPV/

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EHU, y, a su vez, ha permitido resolver los mecanismos microscópicos que suceden en este comportamientodinámico tan complejo. . Estabilización de intermedios Mediante la combinación de los últimos avancesen cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicassecuenciales área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden en ella,ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficienteconsiderar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación deenergía y los cambios de entropía molecular la entropía mide el grado de organización de un sistema. Lasuperficie, y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamente inestables con lasuperficie, juega un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía, que marca unagran diferencia entre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fase gaseosa o endisolución. Se ha conseguido una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción,las fuerzas impulsoras y la cinética Esta detallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre lavisualización de las reacciones químicas de una molécula y los últimos avances en modelizacióncomputacional, constituye un hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas, concreta. De hecho,con todo ello, se han superado muchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionalesafirma, y se ha conseguido una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción,las fuerzas impulsoras y la cinética. Según explica Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontablesnuevos campos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticosheterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, asícomo aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas. . Información complementaria La investigaciónha sido llevada a cabo por los grupos de investigación liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie(Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio(catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHUy director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo). Cabe destacarque los cálculos fueron realizados por un investigador postdoctoral del grupo Nano-bio Spectroscopy Groupde la UPV/EHU, el doctor Alejandro Pérez, y que los investigadores Ikerbasque Dimas G. Oteyza (DIPC) yMiguel Moreno Ugeda (CIC Nanogune) han jugado un papel importante en los experimentos que se hicieronen Berkeley cuando ellos estaban allí. Angel Rubio, Alejandro Pérez, Miguel Moreno Ugeda y Dimas G.Oteyza (izq-dcha) UPV / EHU . La actividad del grupo de investigación Nano-bio Spectroscopy Group,liderado por el catedrático de la UPV/EHU Ángel Rubio miembro del Departamento de Ciencia de los Materiales,está enfocada a la investigación teórica y modelización de propiedades electrónicas y estructurales de lamateria condensada, así como al desarrollo de nuevas herramientas teóricas y códigos computacionales parainvestigar la respuesta electrónica de los sólidos y nanoestructuras frente a campos electromagnéticosexternos. . Referencia bibliográfica: Riss, A. Pérez Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. de Oteyza, A.J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H. S. Jung, M. F. Crommie, A. Rubio y F. R. Fischer. Imaging Single-Molecule Reaction Intermediates Stabilized by Surface Dissipation and Entropy. Nature Chemistry . 2016.

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DOI: 10.1038/nchem.2506 .

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Fotografiadas 'in fraganti' las sustancias intermedias de una reacción química


Euskal Herriko Unibertsitatea (via noodls) / Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguidolos químicos ha sido ser capaces de poder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras delas moléculas cuando experimentan complejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción -sustancias muy inestables que se forman en las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener losproductos- son extremadamente difíciles de identificar y caracterizar, debido a su corta vida. Conocer laestructura de estas especies intermedias puede ser de gran ayuda para entender los mecanismos de lareacción, y eso, además, puede generar un gran impacto en la industria química, la ciencia de materiales, lananotecnología, la biología y la medicina. Un prestigioso equipo internacional de investigadores lideradospor Felix R. Fischer y Michael F. Crommie (Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley NationalLaboratory) y por Ángel Rubio (catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-BioSpectroscopy Group de la UPV/EHU y director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics ofMatter de Hamburgo) ha captado la imagen y ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, delos intermedios y de los productos finales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula.La prestigiosa revista Nature Chemistry ha publicado la investigación en su último número. El equipo haconseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada,de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, utilizando un microscopio defuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente sensible: utilizauna aguja muy fina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica (de una manerasimilar a la lectura en Braille), ya que se adsorbe una molécula de monóxido de carbono que actúa como'dedo' en la lectura, para aumentar su resolución. La identificación precisa de la configuración de enlacesde las especies intermedias 'ha permitido determinar la compleja secuencia de transformaciones químicas alo largo del mecanismo de reacción, partiendo de los reactivos, pasando por los intermedios y acabando enlos productos finales -explica Ángel Rubio, catedrático de la UPV/EHU-, y, a su vez, ha permitido resolver losmecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámico tan complejo'. Estabilización deintermedios Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticosclásicos que describen la cinética de reacciones químicas secuenciales -área que estudia la rapidez de lasreacciones y los eventos moleculares que suceden en ella-, ha quedado probado que, para explicar laestabilización de las sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas,sino que es fundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular -laentropía mide el grado de organización de un sistema-. La superficie, y en particular la interacción de lassustancias intermedias extremadamente inestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en la

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entropía como en la disipación de energía, que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadasen una superficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguidagracias a la sinergia entre la visualización de las reacciones químicas de una molécula y los últimos avancesen modelización computacional, 'constituye un hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas',concreta. De hecho, con todo ello, 'se han superado muchas de las limitaciones de las técnicasespectroscópicas convencionales -afirma-, y se ha conseguido una imagen a escala atómica, sin precedentes,de los mecanismos de reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética'. Según explica Rubio, todo este nuevoconocimiento puede abrir incontables nuevos campos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseñosy optimizaciones de sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesisaplicadas a la nanotecnología del carbono, así como aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas.Información complementaria La investigación ha sido llevada a cabo por los grupos de investigación lideradospor Felix R. Fischer y Michael F. Crommie (Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley NationalLaboratory) y por Ángel Rubio (catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-BioSpectroscopy Group de la UPV/EHU y director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics ofMatter de Hamburgo). Cabe destacar que los cálculos fueron realizados por un investigador postdoctoral delgrupo Nano-bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, el doctor Alejandro Pérez, y que los investigadoresIkerbasque Dimas G. Oteyza (DIPC) y Miguel Moreno Ugeda (CIC Nanogune) han jugado un papel importanteen los experimentos que se hicieron en Berkeley cuando ellos estaban allí. La actividad del grupo deinvestigación Nano-bio Spectroscopy Group, liderado por el catedrático de la UPV/EHU Ángel Rubio -miembrodel Departamento de Ciencia de los Materiales-, está enfocada a la investigación teórica y modelización depropiedades electrónicas y estructurales de la materia condensada, así como al desarrollo de nuevasherramientas teóricas y códigos computacionales para investigar la respuesta electrónica de los sólidos ynanoestructuras frente a campos electromagnéticos externos.

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The intermediates in a chemical reaction photographed red-handed'


Euskal Herriko Unibertsitatea (via noodls) / One of the long-standing goals being pursued by chemists hasbeen to succeed in following and directly visualising how the structures of molecules change when they undergocomplex chemical transformations. Reaction intermediates, which are highly unstable substances that formin different steps in a reaction before the products are obtained, are particularly difficult to identify andcharacterise owing to their short lifetimes. Getting to know the structure of these intermediate species may bevery helpful in understanding the reaction mechanisms and, what is more, could have a great impact on thechemical industry, materials science, nanotechnology, biology and medicine. A leading international team ofreers led by Felix R. Fischer and Michael F. Crommie (University of California at Berkeley and the LawrenceBerkeley National Laboratory), and by Angel Rubio (Professor at the UPV/EHU-University of the BasqueCountry and leader of the UPV/EHU's Nano-Bio Spectroscopy Re Group, and Director of the Max PlanckInstitute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg) has imaged and resolved the bond configurationof the reactants, the intermediates and final products of a complex, organic reaction at the single-moleculelevel. The prestigious journal Nature Chemistry has published this re in its latest issue. The team has obtainedthe images of the chemical structures associated with different steps in the reaction cascade involving multiplesteps of enediyne molecules on a silver surface, using non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) with aparticularly sensitive tip: it uses a very fine needle that can detect the smallest bumps on an atomic scale (ina way not unlike reading in Braille) as it absorbs a carbon monoxide molecule that acts like a 'finger' on thetext to increase its resolution. The precise identification of the bond configuration of the intermediate species'has made it possible to determine the intricate sequence of chemical transformations along the reactionmechanism from reactants via intermediates to end products,' explained Ángel Rubio, the UPV/EHU professor,'and at the same time unravel the microscopic mechanisms behind that intricate dynamical behaviour'.Stabilizing the intermediates By combining the latest advances in numerical calculus and the classical analyticalmodels that describe the kinetics of sequential chemical reactions, an area that explores the speed of thereactions and the molecular events taking place in it has been proven. So to explain the stabilization of theintermediates, it is not enough just to consider their potential energy, it is essential to bear in mind the energydissipation and the changes in molecular entropy, which measures how far a system is organised. The surface,and in particular the interaction of the extremely unstable intermediates with the surface, play a key role forboth the entropy and the dissipation of energy, which highlights a fundamental difference between the surface-supported reactions and gas-phase or solution chemistry. Such detailed understanding achieved though thesynergy between the imaging of the chemical reactions of a molecule and the latest advances in computermodelling 'constitutes a fundamental milestone in the analysis of chemical reactions,' he specified. In fact, as

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he went on to highlight, with all this 'many of the limitations in conventional spectroscopic techniques havebeen surpassed and an unprecedented image has been obtained on an atomic scale of the reactionmechanisms, driving forces and kinetics'. According to Rubio, all this new knowledge may open up countlesshitherto unexplored fields: future designs and optimizations of heterogeneous catalytic systems, developmentof novel synthetic tools applied to carbon-based nanotechnology, as well as biochemical and materials scienceapplications. Additional information The re was carried out by the re groups led by Felix R. Fischer and MichaelF. Crommie (University of California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory), and by AngelRubio (Professor at the UPV/EHU, leader of the UPV/EHU's Nano-Bio Spectroscopy Re Group, and Directorof the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg). It should be pointed out thatthe calculations were made by Dr Alejandro Pérez, the post-doctoral reer in the UPV/EHU's Nano-bioSpectroscopy Re Group, and that the Ikerbasque Re Professors Dimas G. Oteyza (DIPC) and Miguel MorenoUgeda (CIC Nanogune) played a significant role in the experiments conducted at Berkeley when he was there.The activity of the Nano-bio Spectroscopy Re Group, led by the UPV/EHU professor Ángel Rubio and whichis attached to the Department of Materials Sciences, focusses on the theoretical re and modelling of electronicand structural properties of condensed matter as well as the development of new theoretical tools and computercodes to explore the electronic response of solids and nanostructures when handling external electromagneticfields.

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Universidad del País Vascohttp://www.ehu.eus/eu/web/guest/preview/-/journal_content/56/10136/5487508/1324421


VPE: 86

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'In fraganti' harrapatu dituzte erreakzio kimiko baten bitarteko substantziak


Luzaroan, kimikarien helburuetako bat izan da eraldaketa kimiko konplexuak gertatzean molekulen egituraknola aldatzen diren zuzenean ikustea eta haien segimendua egin ahal izatea. Oso zaila da erreakzio-bitartekoakerreakzio batean, produktuak lortu baino lehen, etapa guztietan sortzen diren substantzia oso ezegonkorrakidentifikatzea eta karakterizatzea, oso bizitza laburra baitute. Bitarteko espezie horien egitura ezagutzea osolagungarri izan daiteke erreakzio-mekanismoak ulertzeko, eta horrek, gainera, eragin handia izan dezakeindustria kimikoan, materialen zientzian, nanoteknologian, biologian eta medikuntzan. Felix R. Fischer etaMichael F. Crommie (Kalifornia-Berkeleyko Unibertsitatea eta Lawrence Berkeley National Laboratory) etaÁngel Rubio (UPV/EHUko katedraduna, UPV/EHUko Nano-Bio Spectroscopy Group ikerketa-taldearen buruaeta Hanburgoko Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter institutuko zuzendaria) burudituzten nazioarteko ikertzailez osatutako talde batek erreakzio organiko konplexu baten erreaktiboen,bitartekoen eta produktuen irudiak lortu ditu eta haien loturen konfigurazioa ebatzi du, molekula bakar batenmailan. Nature Chemistry aldizkari entzutetsuak argitaratu du ikerketa hau bere azken zenbakian. Enediinamolekulek zilar-geruza baten gainean eragiten duten erreakzio konplexuaren etapa guztietako egitura kimikoenirudiak lortu ditu lantaldeak, eta, horretarako, kontakturik gabeko indar atomikoko mikroskopio bat erabili dute(nc-AFM, ingelesezko izenarengatik), zunda bereziki sentikor batekin: eskala atomikoko irtengune txikienakdetekta ditzakeen orratz oso fina erabiltzen du (Braillez idatzitako testuak irakurtzen diren bezala); orratzarenpuntan, karbono monoxido molekula bat adsorbatzen da, zeinak "hatz" gisa jokatzen baitu irakurketan,bereizmena handitzeko. Bitarteko espezieen loturen konfigurazioaren identifikazio zehatzari esker, "erreakzio-mekanismo osoan gertatzen diren aldaketa kimikoen sekuentzia konplexua argitu ahal izan da, erreaktiboetatikhasi, bitartekoetatik pasatu eta azken produktuekin amaituz azaldu du Ángel Rubio UPV/EHUko katedradunak,eta, aldi berean, aukera eman du halako portaera dinamiko konplexuan gertatzen diren mekanismomikroskopikoak ebazteko". Bitartekoak egonkortzea Erreakzio kimiko sekuntzialen zinetika erreakzioenazkartasuna eta erreakzioan izaten diren gertakizun molekularrak aztertzen dituen arloa deskribatzen duteneredu analitiko klasikoen eta zenbakizko kalkuluaren azken aurrerapenen arteko konbinazioari esker, frogatudute bitarteko substantziak nola egonkortu diren azaltzeko ez dela nahikoa haien energia potentziala aintzathartzea, baizik eta funtsezkoa dela kontuan hartzea energia-disipazioa eta entropia molekularraren aldaketakentropiak sistema baten antolaketa-maila neurtzen du. Gainazalak eta, bereziki, erabat ezegonkorrak direnbitarteko substantziek gainazalarekin dituzten interakzioek oso funtzio garrantzitsua dute bai entropian baienergia-disipazioan, eta, hain zuzen ere, horrek alde handia eragiten du gainazal batean gertatzen direnerreakzioen eta gas-fasean edo disoluzioan gertatzen diren erreakzioen artean. Molekula baten erreakziokimikoak bistaratzearen eta ordenagailu bidezko modelizazioan gertatzen diren azken aurrerapenen sinergiari

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esker lortu da hain xehe ulertzea mekanismoa, eta, hori guztia "giltzarri da erreakzio kimikoen analisian",zehaztu du ikertzaileak. Izan ere, horrekin guztiarekin, "teknika espektroskopiko konbentzionalen mugetakoasko gainditu dira adierazi du, eta erreakzio-mekanismoak, indar eragileak eta zinetika ordura arte ez bezalaeskala atomikoan irudikatzea lortu da". Rubiok azaltzen duenez, jakintza honek guztiak ezin konta ahala arloberri zabal ditzake, orain arte sekula aztertu gabeak: sistema katalitiko heterogeneoen etorkizuneko diseinuaketa optimizazioak, karbonoaren nanoteknologiari aplikatutako sintesi-tresna berriak garatzea, bai etamaterialen zientziako eta biokimikako aplikazioak ere. Informazio osagarria Ikerketa zenbait ikerketa-talderenlankidetzaz gauzatu da: Felix R. Fischer-en eta Michael F. Crommie-ren (Kalifornia-Berkeleyko Unibertsitateaeta Lawrence Berkeley National Laboratory) eta Ángel Rubioren taldeek (UPV/EHUko katedraduna, UPV/EHUko Nano-Bio Spectroscopy Group ikerketa-taldearen burua eta Hanburgoko Max Planck Institute for theStructure and Dynamics of Matter institutuko zuzendaria). Aipatzekoa da kalkuluak UPV/EHUko Nano-BioSpectroscopy Group taldeko doktoretza osteko ikertzaile batek, Alejandro Pérez doktoreak, egin dituela, etaDimas G. Oteyza (DIPC) eta Miguel Moreno Ugeda (Nanogune) Ikerbasque ikertzaileek oso papergarrantzitsua izan dutela Berkeley-n zegoen bitartean egin zituzten esperimentuetan. Ángel Rubio UPV/EHUko katedradunak Materialen Zientzia Saila unibertsitatean zuzentzen duen Nano-Bio Spectroscopy Groupikerketa-taldearen jarduerak ardatz hauek ditu: ikerketa teorikoa eta materia kondentsatuaren propietateelektronikoen eta egitura-propietateen modelizazioa; tresna teoriko eta kode konputazional berriak garatzea,solidoek eta nanoegiturek kanpoko eremu elektromagnetikoen aurrean duten erantzun elektronikoa ikertzeko.

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Investigadores de la UPV/EHU captan por primera vez la imagen de todas las etapas de una compleja reacciónorgánica y resuelven los mecanismos que la explican Redacción Interempresas 03/05/2016 Un prestigiosoequipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el grupo de investigación Nano-BioSpectroscopy Group de la UPV/EHU, ha fotografiado e identificado por primera vez la configuración de losenlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia de transformaciones químicas de moléculasde enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto los mecanismos microscópicos que explican sucomportamiento. La revista Nature Chemistry publica esta investigación en su último número. Uno de losobjetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces de poder seguiry visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuando experimentan complejastransformaciones químicas. Los intermedios de reacción sustancias muy inestables que se forman en lasdiferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos son extremadamente difíciles de identificary caracterizar, debido a su corta vida. Conocer la estructura de estas especies intermedias puede ser de granayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un gran impacto en laindustria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. Un prestigiosoequipo internacional de investigadores liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie (Universidad deCalifornia en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio (catedrático de la UPV/EHU , líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU y director del Max PlanckInstitute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo) ha captado la imagen y ha resuelto laconfiguración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una complejareacción orgánica, a nivel de una sola molécula. La prestigiosa revista Nature Chemistry ha publicado lainvestigación en su último número. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicasasociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobreuna superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas eninglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñasprotuberancias a escala atómica (de una manera similar a la lectura en Braille), ya que se adsorbe una moléculade monóxido de carbono que actúa como dedo en la lectura, para aumentar su resolución. La identificaciónprecisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias ha permitido determinar la complejasecuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de los reactivos,pasando por los intermedios y acabando en los productos finales explica Ángel Rubio, catedrático de la UPV/EHU, y, a su vez, ha permitido resolver los mecanismos microscópicos que suceden en este comportamientodinámico tan complejo. Estabilización de intermedios Mediante la combinación de los últimos avances

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en cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describen la cinética de reacciones químicassecuenciales área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventos moleculares que suceden en ella,ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustancias intermedias, no es suficienteconsiderar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental tener en cuenta la disipación deenergía y los cambios de entropía molecular la entropía mide el grado de organización de un sistema. Lasuperficie, y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamente inestables con lasuperficie, juega un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía, que marca unagran diferencia entre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fase gaseosa o endisolución. Esta detallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualización de lasreacciones químicas de una molécula y los últimos avances en modelización computacional, constituye unhito fundamental en el análisis de las reacciones químicas, concreta. De hecho, con todo ello, se han superadomuchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales afirma, y se ha conseguido unaimagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética.Según explica Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontables nuevos campos, nunca exploradoshasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo denuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, así como aplicaciones en cienciasde materiales y bioquímicas. Información complementaria La investigación ha sido llevada a cabo por losgrupos de investigación liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie (Universidad de California enBerkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio (catedrático de la UPV/EHU, líder delgrupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU y director del Max Planck Institute forthe Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo). Cabe destacar que los cálculos fueron realizados porun investigador postdoctoral del grupo Nano-bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, el doctor AlejandroPérez, y que los investigadores Ikerbasque Dimas G. Oteyza (DIPC) y Miguel Moreno Ugeda (CIC Nanogune)han jugado un papel importante en los experimentos que se hicieron en Berkeley cuando ellos estaban allí.La actividad del grupo de investigación Nano-bio Spectroscopy Group, liderado por el catedrático de la UPV/EHU Ángel Rubio miembro del Departamento de Ciencia de los Materiales, está enfocada a la investigaciónteórica y modelización de propiedades electrónicas y estructurales de la materia condensada, así como aldesarrollo de nuevas herramientas teóricas y códigos computacionales para investigar la respuesta electrónicade los sólidos y nanoestructuras frente a campos electromagnéticos externos. Referencia bibliográfica A.Riss, A. Pérez Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. de Oteyza, A. J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H. S.Jung, M. F. Crommie, A. Rubio y F. R. Fischer. Imaging Single-Molecule Reaction Intermediates Stabilized bySurface Dissipation and Entropy. Nature Chemistry. 2016. DOI: 10.1038/nchem.25

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The intermediates in a chemical reaction photographed 'red-handed'


University of the Basque Country Researchers at the UPV/EHU-University of the Basque Country have forthe first time succeeded in imaging all the steps in a complex organic reaction and have resolved themechanisms that explain it A distinguished international team of researchers, including the UPV/EHUs Nano-Bio Spectroscopy Research Group, has for the first time imaged and identified the bond configuration of theintermediates in a complex sequence of chemical transformations of enediyne molecules on a silver surfaceand has resolved the microscopic mechanisms that account for their behaviour. This piece of research hasbeen published in the latest issue of the journal Nature Chemistry. One of the long-standing goals beingpursued by chemists has been to succeed in following and directly visualising how the structures of moleculeschange when they undergo complex chemical transformations. Reaction intermediates, which are highlyunstable substances that form in different steps in a reaction before the products are obtained, are particularlydifficult to identify and characterise owing to their short lifetimes. Getting to know the structure of theseintermediate species may be very helpful in understanding the reaction mechanisms and, what is more, couldhave a great impact on the chemical industry, materials science, nanotechnology, biology and medicine. Aleading international team of researchers led by Felix R. Fischer and Michael F. Crommie (University ofCalifornia at Berkeley and the Lawrence Berkeley National Laboratory), and by Angel Rubio (Professor at theUPV/EHU-University of the Basque Country and leader of the UPV/EHUs Nano-Bio Spectroscopy ResearchGroup, and Director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg) hasimaged and resolved the bond configuration of the reactants, the intermediates and final products of a complex,organic reaction at the single-molecule level. The prestigious journal Nature Chemistry has published thisresearch in its latest issue. The team has obtained the images of the chemical structures associated withdifferent steps in the reaction cascade involving multiple steps of enediyne molecules on a silver surface, usingnon-contact atomic force microscopy (nc-AFM) with a particularly sensitive tip: it uses a very fine needle thatcan detect the smallest bumps on an atomic scale (in a way not unlike reading in Braille) as it absorbs a carbonmonoxide molecule that acts like a finger on the text to increase its resolution. The precise identification ofthe bond configuration of the intermediate species has made it possible to determine the intricate sequenceof chemical transformations along the reaction mechanism from reactants via intermediates to end products,explained Ángel Rubio, the UPV/EHU professor, and at the same time unravel the microscopic mechanismsbehind that intricate dynamical behaviour. By combining the latest advances in numerical calculus and theclassical analytical models that describe the kinetics of sequential chemical reactions, an area that exploresthe speed of the reactions and the molecular events taking place in it has been proven. So to explain thestabilization of the intermediates, it is not enough just to consider their potential energy, it is essential to bear

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in mind the energy dissipation and the changes in molecular entropy, which measures how far a system isorganised. The surface, and in particular the interaction of the extremely unstable intermediates with thesurface, play a key role for both the entropy and the dissipation of energy, which highlights a fundamentaldifference between the surface-supported reactions and gas-phase or solution chemistry. Such detailedunderstanding achieved though the synergy between the imaging of the chemical reactions of a molecule andthe latest advances in computer modelling constitutes a fundamental milestone in the analysis of chemicalreactions, he specified. In fact, as he went on to highlight, with all this many of the limitations in conventionalspectroscopic techniques have been surpassed and an unprecedented image has been obtained on an atomicscale of the reaction mechanisms, driving forces and kinetics. According to Rubio, all this new knowledge mayopen up countless hitherto unexplored fields: future designs and optimizations of heterogeneous catalyticsystems, development of novel synthetic tools applied to carbon-based nanotechnology, as well as biochemicaland materials science applications. Full bibliographic informationA. Riss, A. Pérez-Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. de Oteyza, A. J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H. S. Jung, M. F. Crommie, A. Rubio & F. R.Fischer. Imaging Single-Molecule Reaction Intermediates Stabilized by Surface Dissipation and Entropy.Nature Chemistry. 2016. DOI: 10.1038/nchem.25

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Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces depoder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuando experimentancomplejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción sustancias muy inestables que se formanen las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos son extremadamente difíciles deidentificar y caracterizar, debido a su corta vida. Conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. Unprestigioso equipo internacional de investigadores liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie(Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio(catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHUy director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo) ha captado laimagen y ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productosfinales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula. La prestigiosa revista Nature Chemistryha publicado la investigación en su último número. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructurasquímicas asociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas deenediina sobre una superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM,por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectarlas más pequeñas protuberancias a escala atómica (de una manera similar a la lectura en Braille), ya que seadsorbe una molécula de monóxido de carbono que actúa como "dedo" en la lectura, para aumentar suresolución. La identificación precisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias "ha permitidodeterminar la compleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción,partiendo de los reactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productos finales explica ÁngelRubio, catedrático de la UPV/EHU, y, a su vez, ha permitido resolver los mecanismos microscópicos quesuceden en este comportamiento dinámico tan complejo". Estabilización de intermedios Mediante lacombinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describen lacinética de reacciones químicas secuenciales área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventosmoleculares que suceden en ella, ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustanciasintermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental teneren cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular la entropía mide el grado de organizaciónde un sistema. La superficie, y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamenteinestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía,

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que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fasegaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualizaciónde las reacciones químicas de una molécula y los últimos avances en modelización computacional, "constituyeun hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas", concreta. De hecho, con todo ello, "se hansuperado muchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales afirma, y se haconseguido una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzasimpulsoras y la cinética". Según explica Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontables nuevoscampos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticosheterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, asícomo aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas. Información complementaria La investigaciónha sido llevada a cabo por los grupos de investigación liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie(Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio(catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHUy director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo). Cabe destacarque los cálculos fueron realizados por un investigador postdoctoral del grupo Nano-bio Spectroscopy Groupde la UPV/EHU, el doctor Alejandro Pérez, y que los investigadores Ikerbasque Dimas G. Oteyza (DIPC) yMiguel Moreno Ugeda (CIC Nanogune) han jugado un papel importante en los experimentos que se hicieronen Berkeley cuando ellos estaban allí. La actividad del grupo de investigación Nano-bio Spectroscopy Group,liderado por el catedrático de la UPV/EHU Ángel Rubio miembro del Departamento de Ciencia de los Materiales,está enfocada a la investigación teórica y modelización de propiedades electrónicas y estructurales de lamateria condensada, así como al desarrollo de nuevas herramientas teóricas y códigos computacionales parainvestigar la respuesta electrónica de los sólidos y nanoestructuras frente a campos electromagnéticosexternos. Fotografía: de izquierda a derecha, Ángel Rubio, Alejandro Pérez , Miguel Moreno y Dimas G.Oteyza (Gorka Estrada. UPV/EHU)

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molecular entropy, which measures how far a system is organised. The surface, and in particular the interactionof the extremely unstable intermediates with the surface, play a key role for both the entropy and the dissipationof energy, which highlights a fundamental difference between the surface-supported reactions and gas-phaseor solution chemistry. Such detailed understanding achieved though the synergy between the imaging of thechemical reactions of a molecule and the latest advances in computer modelling "constitutes a fundamentalmilestone in the analysis of chemical reactions," he specified. In fact, as he went on to highlight, with all this"many of the limitations in conventional spectroscopic techniques have been surpassed and an unprecedentedimage has been obtained on an atomic scale of the reaction mechanisms, driving forces and kinetics". Accordingto Rubio, all this new knowledge may open up countless hitherto unexplored fields: future designs andoptimizations of heterogeneous catalytic systems, development of novel synthetic tools applied to carbon-based nanotechnology, as well as biochemical and materials science applications. Additional information Theresearch was carried out by the research groups led by Felix R. Fischer and Michael F. Crommie (Universityof California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory), and by Angel Rubio (Professor at theUPV/EHU, leader of the UPV/EHU's Nano-Bio Spectroscopy Research Group, and Director of the Max PlanckInstitute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg). It should be pointed out that the calculationswere made by Dr Alejandro Pérez, the post-doctoral researcher in the UPV/EHU's Nano-bio SpectroscopyResearch Group, and that the Ikerbasque Research Professors Dimas G. Oteyza (DIPC) and Miguel MorenoUgeda (CIC Nanogune) played a significant role in the experiments conducted at Berkeley when he was there.The activity of the Nano-bio Spectroscopy Research Group, led by the UPV/EHU professor Ángel Rubio andwhich is attached to the Department of Materials Sciences, focusses on the theoretical research and modellingof electronic and structural properties of condensed matter as well as the development of new theoretical toolsand computer codes to explore the electronic response of solids and nanostructures when handling externalelectromagnetic fields. Bibliographical reference A. Riss, A. Pérez-Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. deOteyza, A. J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H. S. Jung, M. F. Crommie, A. Rubio & F. R. Fischer. "ImagingSingle-Molecule Reaction Intermediates Stabilized by Surface Dissipation and Entropy". Nature Chemistry.2016. DOI: 10.1038/nchem.2506 Disclaimer: AAAS and EurekAlert! are not responsible for the accuracy ofnews releases posted to EurekAlert! by contributing institutions or for the use of any information through theEurekAlert system. Media Contact Matxalen Sotillo [email protected] 34-688-673-770 @upvehuUniversity of the Basque Country

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Mié, 4 de may de 2016 15:55Audiencia: 20.322

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Miércoles, 4 de mayo de 2016

Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el grupo de investigaciónNano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, en España, ha fotografiado e identificado por primera vez laconfiguración de los enlaces de las especies intermedias de una compleja secuencia de transformacionesquímicas de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, y ha resuelto los mecanismos microscópicosque explican su comportamiento. La revista Nature Chemistry publica esta investigación en su último número.Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces depoder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuando experimentancomplejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción sustancias muy inestables que se formanen las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos son extremadamente difíciles deidentificar y caracterizar, debido a su corta vida. Conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. Unprestigioso equipo internacional de investigadores liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie(Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio(catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHUy director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo) ha captado laimagen y ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productosfinales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula. La prestigiosa revista Nature Chemistryha publicado la investigación en su último número. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructurasquímicas asociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas deenediina sobre una superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM,por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectarlas más pequeñas protuberancias a escala atómica (de una manera similar a la lectura en Braille), ya que seadsorbe una molécula de monóxido de carbono que actúa como "dedo" en la lectura, para aumentar suresolución. Secuencia de imágenes de las etapas de la reacción de moléculas de enediina sobre unasuperficie de plata. (Foto: A. Riss / Technische Universität München) La identificación precisa de laconfiguración de enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinar la compleja secuencia detransformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de los reactivos, pasando por losintermedios y acabando en los productos finales explica Ángel Rubio, catedrático de la UPV/EHU, y, a su vez,ha permitido resolver los mecanismos microscópicos que suceden en este comportamiento dinámico tancomplejo". Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticos

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clásicos que describen la cinética de reacciones químicas secuenciales área que estudia la rapidez de lasreacciones y los eventos moleculares que suceden en ella, ha quedado probado que, para explicar laestabilización de las sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas,sino que es fundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular laentropía mide el grado de organización de un sistema. La superficie, y en particular la interacción de lassustancias intermedias extremadamente inestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en laentropía como en la disipación de energía, que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadasen una superficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguidagracias a la sinergia entre la visualización de las reacciones químicas de una molécula y los últimos avancesen modelización computacional, "constituye un hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas",concreta. De hecho, con todo ello, "se han superado muchas de las limitaciones de las técnicasespectroscópicas convencionales afirma, y se ha conseguido una imagen a escala atómica, sin precedentes,de los mecanismos de reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética". Según explica Rubio, todo este nuevoconocimiento puede abrir incontables nuevos campos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseñosy optimizaciones de sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesisaplicadas a la nanotecnología del carbono, así como aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas.La investigación ha sido llevada a cabo por los grupos de investigación liderados por Felix R. Fischer y MichaelF. Crommie (Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por ÁngelRubio (catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU y director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo). Cabe destacarque los cálculos fueron realizados por un investigador postdoctoral del grupo Nano-bio Spectroscopy Groupde la UPV/EHU, el doctor Alejandro Pérez, y que los investigadores Ikerbasque Dimas G. Oteyza (DIPC) yMiguel Moreno Ugeda (CIC Nanogune) han jugado un papel importante en los experimentos que se hicieronen Berkeley cuando ellos estaban allí. La actividad del grupo de investigación Nano-bio Spectroscopy Group,liderado por el catedrático de la UPV/EHU Ángel Rubio miembro del Departamento de Ciencia de los Materiales,está enfocada a la investigación teórica y modelización de propiedades electrónicas y estructurales de lamateria condensada, así como al desarrollo de nuevas herramientas teóricas y códigos computacionales parainvestigar la respuesta electrónica de los sólidos y nanoestructuras frente a campos electromagnéticosexternos. (Fuente: UPV/EHU) Copyright © 1996-2015 Amazings® / NCYT® | (Noticiasdelaciencia.com /Amazings.com). Todos los derechos reservados. Depósito Legal B-47398-2009, ISSN 2013-6714 - Amazingsy NCYT son marcas registradas. Noticiasdelaciencia.com y Amazings.com son las webs oficiales de Amazings.Todos los textos y gráficos son propiedad de sus autores. Prohibida la reproducción total o parcial por cualquiermedio sin consentimiento previo por escrito. Excepto cuando se indique lo contrario, la traducción, laadaptación y la elaboración de texto adicional de este artículo han sido realizadas por el equipo de Amazings®/ NCYT®.

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quimica.es/noticiashttp://www.quimica.es/noticias/157916/fotografiadas-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica.html

Jue, 5 de may de 2016 00:00Audiencia: 3.980

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Jueves, 5 de mayo de 2016

Investigadores de la UPV/EHU captan por primera vez la imagen de todas las etapas de una compleja reacciónorgánica y resuelven los mecanismos que la explican

05.05.2016

reacción de moléculas de enediina

full-screenA. Riss / Technische Universität München

Secuencia de imágenes de las etapas de la reacción de moléculas de enediina sobre una superficie de plata.

Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces depoder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuando experimentancomplejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción - sustancias muy inestables que se formanen las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos - son extremadamente difíciles deidentificar y caracterizar, debido a su corta vida. Conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina.

Un equipo internacional de investigadores liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie (Universidadde California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio (catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU y director del Max PlanckInstitute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo) ha captado la imagen y ha resuelto laconfiguración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productos finales de una complejareacción orgánica, a nivel de una sola molécula. Nature Chemistry ha publicado la investigación en su últimonúmero.

El equipo ha conseguido las imágenes de las estructuras químicas asociadas a diferentes etapas de la reacciónen cascada, de múltiples etapas, de moléculas de enediina sobre una superficie de plata, utilizando unmicroscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente

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sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica(de una manera similar a la lectura en Braille), ya que se adsorbe una molécula de monóxido de carbono queactúa como "dedo" en la lectura, para aumentar su resolución.

La identificación precisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias "ha permitido determinarla compleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo de reacción, partiendo de losreactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productos finales - explica Ángel Rubio, catedráticode la UPV/EHU -, y, a su vez, ha permitido resolver los mecanismos microscópicos que suceden en estecomportamiento dinámico tan complejo".Estabilización de intermedios

Mediante la combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos quedescriben la cinética de reacciones químicas secuenciales - área que estudia la rapidez de las reacciones ylos eventos moleculares que suceden en ella -, ha quedado probado que, para explicar la estabilización delas sustancias intermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas, sino que esfundamental tener en cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular - la entropía mideel grado de organización de un sistema -. La superficie, y en particular la interacción de las sustanciasintermedias extremadamente inestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en la entropíacomo en la disipación de energía, que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadas en unasuperficie y las reacciones en fase gaseosa o en disolución.

Esta detallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualización de las reacciones químicasde una molécula y los últimos avances en modelización computacional, "constituye un hito fundamental enel análisis de las reacciones químicas", concreta. De hecho, con todo ello, "se han superado muchas de laslimitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales - afirma -, y se ha conseguido una imagen aescala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzas impulsoras y la cinética". Segúnexplica Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontables nuevos campos, nunca explorados hastael momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticos heterogéneos, desarrollo de nuevasherramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, así como aplicaciones en ciencias demateriales y bioquímicas.

Publicación original:

A. Riss, A. Pérez Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. de Oteyza, A. J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H.S. Jung, M. F. Crommie, A. Rubio y F. R. Fischer. "Imaging Single-Molecule Reaction Intermediates Stabilizedby Surface Dissipation and Entropy". Nature Chemistry. 2016.

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Portada de Bitacoras.comhttp://bitacoras.com/anotaciones/fotografiadas-in-fraganti-las-sustancias-intermedias-de-una-reaccion-quimica/41471142


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[ noticiasdelaciencia.com ] Un prestigioso equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentrael grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, en España, ha fotografiado eidentificado por primera vez la configuración de los enlaces de las especies intermedias de una complejasecuencia de... Etiquetas: quimica 141 puntos - Ver comentarios Ir a anotación original

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nanotech-now.comhttp://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=53415


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The intermediates in a chemical reaction photographed 'red-handed'Researchers at the UPV/EHU-University of the Basque Country have for thefirst time succeeded in imaging all the steps in a complex organic reaction and


A leading international team of researchers led by Felix R. Fischer and Michael F. Crommie (University ofCalifornia at Berkeley and the Lawrence Berkeley National Laboratory), and by Angel Rubio (Professor at theUPV/EHU-University of the Basque Country and leader of the UPV/EHU's Nano-Bio Spectroscopy ResearchGroup, and Director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg) hasimaged and resolved the bond configuration of the reactants, the intermediates and final products of a complex,organic reaction at the single-molecule level. The prestigious journal Nature Chemistry has published thisresearch in its latest issue.

The team has obtained the images of the chemical structures associated with different steps in the reactioncascade involving multiple steps of enediyne molecules on a silver surface, using non-contact atomic forcemicroscopy (nc-AFM) with a particularly sensitive tip: it uses a very fine needle that can detect the smallestbumps on an atomic scale (in a way not unlike reading in Braille) as it absorbs a carbon monoxide moleculethat acts like a "finger" on the text to increase its resolution.

The precise identification of the bond configuration of the intermediate species "has made it possible todetermine the intricate sequence of chemical transformations along the reaction mechanism from reactantsvia intermediates to end products," explained Ángel Rubio, the UPV/EHU professor, "and at the same timeunravel the microscopic mechanisms behind that intricate dynamical behaviour".

Stabilizing the intermediates

By combining the latest advances in numerical calculus and the classical analytical models that describe thekinetics of sequential chemical reactions, an area that explores the speed of the reactions and the molecularevents taking place in it has been proven. So to explain the stabilization of the intermediates, it is not enoughjust to consider their potential energy, it is essential to bear in mind the energy dissipation and the changes inmolecular entropy, which measures how far a system is organised. The surface, and in particular the interactionof the extremely unstable intermediates with the surface, play a key role for both the entropy and the dissipationof energy, which highlights a fundamental difference between the surface-supported reactions and gas-phaseor solution chemistry.

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Such detailed understanding achieved though the synergy between the imaging of the chemical reactions ofa molecule and the latest advances in computer modelling "constitutes a fundamental milestone in the analysisof chemical reactions," he specified. In fact, as he went on to highlight, with all this "many of the limitations inconventional spectroscopic techniques have been surpassed and an unprecedented image has been obtainedon an atomic scale of the reaction mechanisms, driving forces and kinetics". According to Rubio, all this newknowledge may open up countless hitherto unexplored fields: future designs and optimizations ofheterogeneous catalytic systems, development of novel synthetic tools applied to carbon-basednanotechnology, as well as biochemical and materials science applications.

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Additional information

The research was carried out by the research groups led by Felix R. Fischer and Michael F. Crommie (Universityof California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory), and by Angel Rubio (Professor at theUPV/EHU, leader of the UPV/EHU's Nano-Bio Spectroscopy Research Group, and Director of the Max PlanckInstitute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg). It should be pointed out that the calculationswere made by Dr Alejandro Pérez, the post-doctoral researcher in the UPV/EHU's Nano-bio SpectroscopyResearch Group, and that the Ikerbasque Research Professors Dimas G. Oteyza (DIPC) and Miguel MorenoUgeda (CIC Nanogune) played a significant role in the experiments conducted at Berkeley when he was there.

The activity of the Nano-bio Spectroscopy Research Group, led by the UPV/EHU professor Ángel Rubio andwhich is attached to the Department of Materials Sciences, focusses on the theoretical research and modellingof electronic and structural properties of condensed matter as well as the development of new theoretical toolsand computer codes to explore the electronic response of solids and nanostructures when handling externalelectromagnetic fields.

Bibliographic reference

A. Riss, A. Pérez Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. de Oteyza, A. J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H.S. Jung, M. F. Crommie, A. Rubio y F. R. Fischer. "Imaging Single-Molecule Reaction Intermediates Stabilizedby Surface Dissipation and Entropy". Nature Chemistry. 2016. DOI: 10.1038/nchem.2506.

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ChemEurope.comhttp://www.chemeurope.com/en/news/157925/viewing-a-catalytic-reaction-in-action.html?WT.mc_id=ca0066

Vie, 6 de may de 2016 09:59Audiencia: 2.305

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Viewing a catalytic reaction in action

Viernes, 6 de mayo de 2016

A. Riss/TU Munich, adapted from A. Riss et al., Nature Chemistry (2016), DOI: 10.1038/nchem.2506Identification of the different transient intermediates in a stepwise bimolecular enediyne coupling and cyclizationcascade on a silver surface by non-contact atomic force microscopy. To be able to follow and directlyvisualize how the structure of molecules changes when they undergo complex chemical transformations hasbeen a long-standing goal of chemistry. While reaction intermediates are particularly difficult to identify andcharacterize due to their short lifetimes, knowledge of the structure of these species can give valuable insightsinto reaction mechanisms and therefore impact fields beyond the chemical industry, such as materials science,nanotechnology, biology and medicine. Now an international team of researchers led by Felix R. Fischer,Michael F. Crommie (University of California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory), andAngel Rubio (Director at the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter at CFEL in Hamburgand Distinguished Professor at the University of the Basque Country in San Sebastián) has imaged andresolved the bond configuration of reactants, intermediates and final products of a complex and technologicallyrelevant organic surface reaction at the single-molecule level. Chemical transformations at the interfacebetween solid/liquid or solid/gaseous phases of matter lie at the heart of key industrial-scale manufacturingprocesses. The microscopic mechanism of this surface-catalyzed organic reaction is a grand challenge formodern heterogeneous catalysis and its application to industrial-scale chemical processes. Competingpathways that lead to numerous intermediates and undesired side products often hamper investigation of theunderlying reaction mechanisms that transform crude feedstock into complex value-added chemicals at thesurface of a heterogeneous catalyst bed. The precise structural identification of transient reaction intermediatesand products, however, is limited by their respective concentrations in the sample stream. In the presentwork, the chemical structures associated with different steps of a multistep reaction cascade of enediynemolecules on a silver surface were imaged using non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) with specialfunctionalized tips (using a carbon monoxide molecule to enhance resolution). Identification of the precisebond configuration of the intermediate species has allowed the determination of the intricate sequence ofchemical transformations along the pathway from reactants via intermediates to end products and thus allowedunraveling the microscopic mechanisms behind that intricate dynamical behavior. It was striking to be able todirectly measure and theoretically characterize the chemical structure of reaction intermediates in this complexsystem, said Felix Fischer, Professor for Chemistry at the University of Berkeley California and co-lead authorof the study. This is a huge step for chemical synthesis, added co-lead author Angel Rubio, Director at theMax Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg and Distinguished Professor forPhysics at the University of the Basque Country. However, we wanted to go deeper and understand why the

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ChemEurope.comhttp://www.chemeurope.com/en/news/157925/viewing-a-catalytic-reaction-in-action.html?WT.mc_id=ca0066

Vie, 6 de may de 2016 09:59Audiencia: 2.305

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intermediates are stabilized on the surface this does not happen in solution. A combination of extensive state-of-the-art numerical calculations with classic analytical models describing the kinetics of sequential chemicalreactions has shown that it is not enough to consider the energy potential landscape (i.e. the energies of thespecies along the reaction pathway and the associated transformation barriers), but that energy dissipationto the substrate and changes in molecular entropy play a critical role for the stabilization of the intermediates.The surface, and in particular the interaction of molecular radicals with the surface, plays a key role for both,entropy and selective dissipation, highlighting fundamental differences of surface-supported reactionscompared to gas-phase or solution chemistry. Such detailed understanding constitutes a fundamentalmilestone in the analysis of chemical reactions that was achieved through the synergy between single-moleculevisualization of chemical reactions and state-of-the-art high-performance computer modeling. By these means,many limitations of conventional ensemble averaging spectroscopic techniques are surpassed, and anunprecedented atomic-scale picture of the reaction mechanisms, driving forces and kinetics emerges. Suchnew insight may open countless of hitherto unexplored venues for the future design and optimization ofheterogeneous catalytic systems, for the development of novel synthetic tools applied to carbon-basednanotechnology, as well as for biochemical and materials science applications. Original publication: A.Riss, A. Pérez Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. de Oteyza, A. J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H. S.Jung, M. F. Crommie, A. Rubio, and F. R. Fischer; "Imaging single-molecule reaction intermediates stabilizedby surface dissipation and entropy"; Nature Chemistry; 2

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EurekAlert! - Breaking Newshttp://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-05/uoc--afm050916.php

Lun, 9 de may de 2016 06:00Audiencia: 143.128

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Atomic force microscope reveals molecular ghosts

Lunes, 9 de mayo de 2016

IMAGE: An atomic force microscope was able to take a snapshot of the atoms before and after the reaction,but also found two supposedly short-lived intermediates (center) in this reaction of... view more Credit: UCBerkeley To the surprise of chemists, a new technique for taking snapshots of molecules with atomic precisionis turning up chemicals they shouldn't be able to see.Chemical reactions take place so rapidly - often within picoseconds, or a trillionth of a second - that chemistsexpect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe. Only lasers firing in femtosecond bursts -like a strobe flashing every thousandth of a picosecond - can capture the fleeting molecular structures thatreacting chemicals form on their way to a final product.Yet a team of chemists and physicists from the University of California, Berkeley, and Lawrence BerkeleyNational Laboratory has taken snapshots of two molecules reacting on the surface of a catalyst, and foundintermediate structures lasting for the 20 minutes or so it takes to snap a photo."Intuitively, we did not expect to see these transient intermediates, because they are so short lived," said FelixFischer, an assistant professor of chemistry at UC Berkeley. "Based on our traditional understanding, youwould expect to see the starting materials and very shortly after, only the product. But we see theseintermediates, so something else is going on."The explanation for these ghostly molecules is now fleshing out details of catalytic reactions that chemistshave only vaguely understood until now, and providing new rules for chemical reactions that chemists canexploit to make reactions go faster or more efficiently, or build molecules never before seen.Fischer himself is just beginning to build a toolbox that will help design or improve catalytic reactions, whichare the workhorse of the world's chemical industry, responsible for producing everything from fuel to the buildingblocks of plastics. These tools could also impact fields such as materials science, nanotechnology, biologyand medicine."The way chemists think about heterogeneous catalysis appears to be an incomplete picture of what is actuallyhappening on the surface," he said. "If we can understand how to take this tool box and use it in the designof new structures or the synthesis of new materials, that opens a whole new field of chemistry that so far hasbeen dark to us, because we did not know how to actually visualize what is going on."A paper describing their work appeared online this week in advance of publication in the journal NatureChemistry.Atomic force microscopyBecause chemical reactions occur so rapidly, chemists can only infer how chemicals change during the process,as bonds between atoms break and reform, branches rotate or join to form rings, and three-dimensional

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structures shift. Three years ago, Fischer and UC Berkeley's Michael Crommie, professor of physics, teamedup to apply the atom-scale precision of atomic force microscopy to take snapshots of molecules before andafter a reaction, trying to confirm what chemists have always inferred.Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM, hovers above a surface and detects individual atomsvia a microscopic vibrating probe with a sensitive carbon monoxide molecule at its tip. Fischer, Crommie andtheir UC Berkeley colleagues place molecules on a gold or silver surface and heat them to make them reactslowly, then use the nc-AFM to take snapshots over the course of the reaction.During their first attempt to image a reaction between two molecules, they saw not only the starting chemicalsand end product, but also two intermediate chemical structures that should not have been there. If you thinkof a reaction as a sequence of many intermediate chemical rearrangements, the easy structural changesshould happen quickly while more complicated rearrangements would be slower, because there's a higherenergy barrier to making those changes. But the intermediates he saw were ones that should have disappearedthe fastest, based on current theories.Organic chemists like Fischer tend to think of a chemical reaction as akin to falling downhill - once it starts, itsown energy keeps it going until the final product appears. This concept didn't explain his results, however, sohe borrowed an idea from chemical engineers who work with catalysts. To them, some intermediate states arebound more closely to the catalytic surface and lose energy to it, slowing the reaction. It's as if the reaction hita rock on its downhill trajectory.Fischer's colleague, Angel Rubio, director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matterin Hamburg and a professor at the University of the Basque Country in Spain, made extensive supercomputercalculations taking this surface binding into account, but still was not able to predict the intermediates actuallyobserved.Together they finally hit on the idea of taking into account the entropy changes at each step of the reaction,and matched observations exactly. Entropy - essentially the level of disorder or chaos in a system - hates todecrease, according to the third law of thermodynamics. So some transitions that seem energetically easy getstuck because they go from a flexible structure loosely bound to the catalyst - a high entropy situation - to amore rigid, tightly bound and lower-entropy situation."Taking entropy into account could help you understand the distribution of products you get from aheterogeneous catalysis reaction," he said. "It could help you predict which intermediates have a long lifetimeon the surface, which ones could move around, adsorb or desorb from the surface, leading to a productdistribution that might not be what you want. Then you could tune the reaction towards the product that youdesire."Fischer used his growing toolbox last year to make a molecule that was predicted more than half a centuryago but unachievable using standard organic chemistry in solution. Instead, he built it on the surface of acatalyst from custom-made molecules that would normally not react in the right way, but which he guided tocreate an antiferromagnetic molecule called peripentacene.

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"We used this toolbox of surface chemistry and the rules we have learned to make a molecule that no one hadbeen able to make in 60 years," he said. "This is an example of why it is important to understand what ishappening on these surfaces, and how you can use this understanding to access structures and reactivitiesthat are not accessible with the standard tools we have right now."### Other co-authors of the Nature Chemistry paper are Alexander Riss, Sebastian Wickenburg, Hsin-Zon Tsai, Aaron Bradley, Miguel Ugeda, Han Sae Jung and Patrick Gorman of UC Berkeley, Alejandro PérezPaz of the Universidad del País Vasco in Spain and Dimas G. De Oteyza of the Donostia International PhysicsCenter in San Sebastián, Spain. The work was funded by the Department of Energy, Office of Naval Research,European Research Council and Grupos Consolidados UPV/EHU del Gobierno Vasco.

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Atomic force microscope reveals chemical ghosts


To the surprise of chemists, a new technique for taking snapshots of molecules with atomic precision is turningup chemicals they shouldn't be able to see.

Chemical reactions take place so rapidly - often within picoseconds, or a trillionth of a second - that chemistsexpect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe. Only lasers firing in femtosecond bursts -like a strobe flashing every thousandth of a picosecond - can capture the fleeting molecular structures thatreacting chemicals form on their way to a final product.A simulation showing how the vibrational energy of a molecule is shared with the surface of the catalyst it sitson, which affects how quickly the molecule reacts - in this case, two arms at left linking to form a ring. Theindividual atoms of the silver catalyst get brighter yellow as they heat up and vibrate more. The simulationcovers about a picosecond, or a trillionth of a second. (Max Planck Institute for the Structure and Dynamicsof Matter)

Yet a team of chemists and physicists from the University of California, Berkeley, and Lawrence BerkeleyNational Laboratory has taken snapshots of two molecules reacting on the surface of a catalyst, and foundintermediate structures lasting for the 20 minutes or so it takes to snap a photo.

'Intuitively, we did not expect to see these transient intermediates, because they are so short lived,' said FelixFischer, an assistant professor of chemistry at UC Berkeley. 'Based on our traditional understanding, you wouldexpect to see the starting materials and very shortly after, only the product. But we see these intermediates,so something else is going on.'

The explanation for these ghostly molecules is now fleshing out details of catalytic reactions that chemistshave only vaguely understood until now, and providing new rules for chemical reactions that chemists canexploit to make reactions go faster or more efficiently, or build molecules never before seen.

Fischer himself is just beginning to build a toolbox that will help design or improve catalytic reactions, whichare the workhorse of the world's chemical industry, responsible for producing everything from fuel to the buildingblocks of plastics. These tools could also impact fields such as materials science, nanotechnology, biologyand medicine.

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'The way chemists think about heterogeneous catalysis appears to be an incomplete picture of what is actuallyhappening on the surface,' he said. 'If we can understand how to take this tool box and use it in the design ofnew structures or the synthesis of new materials, that opens a whole new field of chemistry that so far hasbeen dark to us, because we did not know how to actually visualize what is going on.'

A paper describing their work appeared online this week in advance of publication in the journal NatureChemistry.

Atomic force microscopy

Because chemical reactions occur so rapidly, chemists can only infer how chemicals change during the process,as bonds between atoms break and reform, branches rotate or join to form rings, and three-dimensionalstructures shift. Three years ago, Fischer and UC Berkeley's Michael Crommie, professor of physics, teamedup to apply the atom-scale precision of atomic force microscopy to take snapshots of molecules before andafter a reaction, trying to confirm what chemists have always inferred.[Attachment]

An atomic force microscope was able to take a snapshot of the atoms before and after the reaction, but alsofound two supposedly short-lived intermediates (center) in this reaction of two enediyne molecules.

Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM, hovers above a surface and detects individual atomsvia a microscopic vibrating probe with a sensitive carbon monoxide molecule at its tip. Fischer, Crommie andtheir UC Berkeley colleagues place molecules on a gold or silver surface and heat them to make them reactslowly, then use the nc-AFM to take snapshots over the course of the reaction.

During their first attempt to image a reaction between two molecules, they saw not only the starting chemicalsand end product, but also two intermediate chemical structures that should not have been there. If you thinkof a reaction as a sequence of many intermediate chemical rearrangements, the easy structural changesshould happen quickly while more complicated rearrangements would be slower, because there's a higherenergy barrier to making those changes. But the intermediates he saw were ones that should have disappearedthe fastest, based on current theories.

Organic chemists like Fischer tend to think of a chemical reaction as akin to falling downhill - once it starts, itsown energy keeps it going until the final product appears. This concept didn't explain his results, however, sohe borrowed an idea from chemical engineers who work with catalysts. To them, some intermediate states arebound more closely to the catalytic surface and lose energy to it, slowing the reaction. It's as if the reaction hit

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a rock on its downhill trajectory.

Fischer's colleague, Angel Rubio, director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matterin Hamburg and a professor at the University of the Basque Country in Spain, made extensive supercomputercalculations taking this surface binding into account, but still was not able to predict the intermediates actuallyobserved.

Together they finally hit on the idea of taking into account the entropy changes at each step of the reaction,and matched observations exactly. Entropy - essentially the level of disorder or chaos in a system - hates todecrease, according to the third law of thermodynamics. So some transitions that seem energetically easy getstuck because they go from a flexible structure loosely bound to the catalyst - a high entropy situation - to amore rigid, tightly bound and lower-entropy situation.[Attachment]

Supercomputer simulations show how the energy in a molecule is shared with the atoms of the catalyst (yellowballs), affecting how quickly the two enediyne molecules react.

'Taking entropy into account could help you understand the distribution of products you get from aheterogeneous catalysis reaction,' he said. 'It could help you predict which intermediates have a long lifetimeon the surface, which ones could move around, adsorb or desorb from the surface, leading to a productdistribution that might not be what you want. Then you could tune the reaction towards the product that youdesire.'

Fischer used his growing toolbox last year to make a molecule that was predicted more than half a centuryago but unachievable using standard organic chemistry in solution. Instead, he built it on the surface of acatalyst from custom-made molecules that would normally not react in the right way, but which he guided tocreate an antiferromagnetic molecule called peripentacene.

'We used this toolbox of surface chemistry and the rules we have learned to make a molecule that no one hadbeen able to make in 60 years,' he said. 'This is an example of why it is important to understand what ishappening on these surfaces, and how you can use this understanding to access structures and reactivitiesthat are not accessible with the standard tools we have right now.'

Other co-authors of the Nature Chemistry paper are Alexander Riss, Sebastian Wickenburg, Hsin-Zon Tsai,Aaron Bradley, Miguel Ugeda, Han Sae Jung and Patrick Gorman of UC Berkeley, Alejandro Pérez Paz of theUniversidad del País Vasco in Spain and Dimas G. De Oteyza of the Donostia International Physics Center

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in San Sebastián, Spain.

The work was funded by the Department of Energy, Office of Naval Research, European Research Counciland Grupos Consolidados UPV/EHU del Gobierno Vasco.RELATED INFORMATION- See more at: http://www.noodls.com/view/54D16A5FCF256C12ECA582CC83F7EC0E02489A4D#sthash.gtoyWHbx.dpuf

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Berkeley Newshttp://news.berkeley.edu/2016/05/09/atomic-force-microscope-reveals-chemical-ghosts/


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To the surprise of chemists, a new technique for taking snapshots of molecules with atomic precision is turningup chemicals they shouldnt be able to see. Chemical reactions take place so rapidly often within picoseconds,or a trillionth of a second that chemists expect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe.Only lasers firing in femtosecond bursts like a strobe flashing every thousandth of a picosecond can capturethe fleeting molecular structures that reacting chemicals form on their way to a final product. A simulationshowing how the vibrational energy of a molecule is shared with the surface of the catalyst it sits on, whichaffects how quickly the molecule reacts in this case, two arms at left linking to form a ring. The individual atomsof the silver catalyst get brighter yellow as they heat up and vibrate more. The simulation covers about apicosecond, or a trillionth of a second. (Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter) Yet ateam of chemists and physicists from the University of California, Berkeley, and Lawrence Berkeley NationalLaboratory has taken snapshots of two molecules reacting on the surface of a catalyst, and found intermediatestructures lasting for the 20 minutes or so it takes to snap a photo. Intuitively, we did not expect to see thesetransient intermediates, because they are so short lived, said Felix Fischer, an assistant professor of chemistryat UC Berkeley. Based on our traditional understanding, you would expect to see the starting materials andvery shortly after, only the product. But we see these intermediates, so something else is going on. Theexplanation for these ghostly molecules is now fleshing out details of catalytic reactions that chemists haveonly vaguely understood until now, and providing new rules for chemical reactions that chemists can exploitto make reactions go faster or more efficiently, or build molecules never before seen. Fischer himself is justbeginning to build a toolbox that will help design or improve catalytic reactions, which are the workhorse ofthe worlds chemical industry, responsible for producing everything from fuel to the building blocks of plastics.These tools could also impact fields such as materials science, nanotechnology, biology and medicine. Theway chemists think about heterogeneous catalysis appears to be an incomplete picture of what is actuallyhappening on the surface, he said. If we can understand how to take this tool box and use it in the design ofnew structures or the synthesis of new materials, that opens a whole new field of chemistry that so far hasbeen dark to us, because we did not know how to actually visualize what is going on. A paper describing theirwork appeared online this week in advance of publication in the journal Nature Chemistry. Atomic forcemicroscopy Because chemical reactions occur so rapidly, chemists can only infer how chemicals change duringthe process, as bonds between atoms break and reform, branches rotate or join to form rings, and three-dimensional structures shift. Three years ago, Fischer and UC Berkeleys Michael Crommie, professor ofphysics, teamed up to apply the atom-scale precision of atomic force microscopy to take snapshots of moleculesbefore and after a reaction, trying to confirm what chemists have always inferred. An atomic force microscope

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was able to take a snapshot of the atoms before and after the reaction, but also found two supposedly short-lived intermediates (center) in this reaction of two enediyne molecules. Their non-contact atomic forcemicroscope, or nc-AFM, hovers above a surface and detects individual atoms via a microscopic vibrating probewith a sensitive carbon monoxide molecule at its tip. Fischer, Crommie and their UC Berkeley colleagues placemolecules on a gold or silver surface and heat them to make them react slowly, then use the nc-AFM to takesnapshots over the course of the reaction. During their first attempt to image a reaction between two molecules,they saw not only the starting chemicals and end product, but also two intermediate chemical structures thatshould not have been there. If you think of a reaction as a sequence of many intermediate chemicalrearrangements, the easy structural changes should happen quickly while more complicated rearrangementswould be slower, because theres a higher energy barrier to making those changes. But the intermediates hesaw were ones that should have disappeared the fastest, based on current theories. Organic chemists likeFischer tend to think of a chemical reaction as akin to falling downhill once it starts, its own energy keeps itgoing until the final product appears. This concept didnt explain his results, however, so he borrowed an ideafrom chemical engineers who work with catalysts. To them, some intermediate states are bound more closelyto the catalytic surface and lose energy to it, slowing the reaction. Its as if the reaction hit a rock on its downhilltrajectory. Fischers colleague, Angel Rubio, director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamicsof Matter in Hamburg and a professor at the University of the Basque Country in Spain, made extensivesupercomputer calculations taking this surface binding into account, but still was not able to predict theintermediates actually observed. Together they finally hit on the idea of taking into account the entropy changesat each step of the reaction, and matched observations exactly. Entropy essentially the level of disorder orchaos in a system hates to decrease, according to the third law of thermodynamics. So some transitions thatseem energetically easy get stuck because they go from a flexible structure loosely bound to the catalyst ahigh entropy situation to a more rigid, tightly bound and lower-entropy situation. Supercomputer simulationsshow how the energy in a molecule is shared with the atoms of the catalyst (yellow balls), affecting how quicklythe two enediyne molecules react. Taking entropy into account could help you understand the distribution ofproducts you get from a heterogeneous catalysis reaction, he said. It could help you predict which intermediateshave a long lifetime on the surface, which ones could move around, adsorb or desorb from the surface, leadingto a product distribution that might not be what you want. Then you could tune the reaction towards the productthat you desire. Fischer used his growing toolbox last year to make a molecule that was predicted more thanhalf a century ago but unachievable using standard organic chemistry in solution. Instead, he built it on thesurface of a catalyst from custom-made molecules that would normally not react in the right way, but whichhe guided to create an antiferromagnetic molecule called peripentacene. We used this toolbox of surfacechemistry and the rules we have learned to make a molecule that no one had been able to make in 60 years,he said. This is an example of why it is important to understand what is happening on these surfaces, and howyou can use this understanding to access structures and reactivities that are not accessible with the standardtools we have right now. Other co-authors of the Nature Chemistry paper are Alexander Riss, Sebastian

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Wickenburg, Hsin-Zon Tsai, Aaron Bradley, Miguel Ugeda, Han Sae Jung and Patrick Gorman of UC Berkeley,Alejandro Pérez Paz of the Universidad del País Vasco in Spain and Dimas G. De Oteyza of the DonostiaInternational Physics Center in San Sebastián, Spain. The work was funded by the Department of Energy,Office of Naval Research, European Research Council and Grupos Consolidados UPV/EHU del GobiernoVasco. RELATED INFORMATION Imaging Single-Molecule Reaction Intermediates Stabilized by SurfaceDissipation and Entropy (Nature Chemistry) Felix Fischers web site Michael Crommies web site Angel Rubiosweb site

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EurekAlert! provides embargoed and breaking science news you can't afford to miss. EurekAlert! offers a one-stop science news distribution service you can trust. EurekAlert! is a service of the American Association forthe Advancement of Science. Mapping molecules with atomic precision expands toolbox for designing newcatalytic reactions University of California - Berkeley IMAGE: An atomic force microscope was able to takea snapshot of the atoms before and after the reaction, but also found two supposedly short-lived intermediates(center) in this reaction of... view more Credit: UC Berkeley To the surprise of chemists, a new technique fortaking snapshots of molecules with atomic precision is turning up chemicals they shouldn't be able to see.Chemical reactions take place so rapidly - often within picoseconds, or a trillionth of a second - that chemistsexpect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe. Only lasers firing in femtosecond bursts -like a strobe flashing every thousandth of a picosecond - can capture the fleeting molecular structures thatreacting chemicals form on their way to a final product. Yet a team of chemists and physicists from the Universityof California, Berkeley, and Lawrence Berkeley National Laboratory has taken snapshots of two moleculesreacting on the surface of a catalyst, and found intermediate structures lasting for the 20 minutes or so it takesto snap a photo. "Intuitively, we did not expect to see these transient intermediates, because they are so shortlived," said Felix Fischer, an assistant professor of chemistry at UC Berkeley. "Based on our traditionalunderstanding, you would expect to see the starting materials and very shortly after, only the product. But wesee these intermediates, so something else is going on." The explanation for these ghostly molecules is nowfleshing out details of catalytic reactions that chemists have only vaguely understood until now, and providingnew rules for chemical reactions that chemists can exploit to make reactions go faster or more efficiently, orbuild molecules never before seen. Fischer himself is just beginning to build a toolbox that will help design orimprove catalytic reactions, which are the workhorse of the world's chemical industry, responsible for producingeverything from fuel to the building blocks of plastics. These tools could also impact fields such as materialsscience, nanotechnology, biology and medicine. "The way chemists think about heterogeneous catalysisappears to be an incomplete picture of what is actually happening on the surface," he said. "If we can understandhow to take this tool box and use it in the design of new structures or the synthesis of new materials, thatopens a whole new field of chemistry that so far has been dark to us, because we did not know how to actuallyvisualize what is going on." A paper describing their work appeared online this week in advance of publicationin the journal Nature Chemistry. Atomic force microscopy Because chemical reactions occur so rapidly,chemists can only infer how chemicals change during the process, as bonds between atoms break and reform,branches rotate or join to form rings, and three-dimensional structures shift. Three years ago, Fischer and UCBerkeley's Michael Crommie, professor of physics, teamed up to apply the atom-scale precision of atomic

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force microscopy to take snapshots of molecules before and after a reaction, trying to confirm what chemistshave always inferred. Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM, hovers above a surface anddetects individual atoms via a microscopic vibrating probe with a sensitive carbon monoxide molecule at itstip. Fischer, Crommie and their UC Berkeley colleagues place molecules on a gold or silver surface and heatthem to make them react slowly, then use the nc-AFM to take snapshots over the course of the reaction.During their first attempt to image a reaction between two molecules, they saw not only the starting chemicalsand end product, but also two intermediate chemical structures that should not have been there. If you thinkof a reaction as a sequence of many intermediate chemical rearrangements, the easy structural changesshould happen quickly while more complicated rearrangements would be slower, because there's a higherenergy barrier to making those changes. But the intermediates he saw were ones that should have disappearedthe fastest, based on current theories. Organic chemists like Fischer tend to think of a chemical reaction asakin to falling downhill - once it starts, its own energy keeps it going until the final product appears. This conceptdidn't explain his results, however, so he borrowed an idea from chemical engineers who work with catalysts.To them, some intermediate states are bound more closely to the catalytic surface and lose energy to it, slowingthe reaction. It's as if the reaction hit a rock on its downhill trajectory. Fischer's colleague, Angel Rubio, directorof the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg and a professor at theUniversity of the Basque Country in Spain, made extensive supercomputer calculations taking this surfacebinding into account, but still was not able to predict the intermediates actually observed. Together they finallyhit on the idea of taking into account the entropy changes at each step of the reaction, and matched observationsexactly. Entropy - essentially the level of disorder or chaos in a system - hates to decrease, according to thethird law of thermodynamics. So some transitions that seem energetically easy get stuck because they gofrom a flexible structure loosely bound to the catalyst - a high entropy situation - to a more rigid, tightly boundand lower-entropy situation. "Taking entropy into account could help you understand the distribution of productsyou get from a heterogeneous catalysis reaction," he said. "It could help you predict which intermediates havea long lifetime on the surface, which ones could move around, adsorb or desorb from the surface, leading toa product distribution that might not be what you want. Then you could tune the reaction towards the productthat you desire." Fischer used his growing toolbox last year to make a molecule that was predicted more thanhalf a century ago but unachievable using standard organic chemistry in solution. Instead, he built it on thesurface of a catalyst from custom-made molecules that would normally not react in the right way, but whichhe guided to create an antiferromagnetic molecule called peripentacene. "We used this toolbox of surfacechemistry and the rules we have learned to make a molecule that no one had been able to make in 60 years,"he said. "This is an example of why it is important to understand what is happening on these surfaces, andhow you can use this understanding to access structures and reactivities that are not accessible with thestandard tools we have right now." Other co-authors of the Nature Chemistry paper are Alexander Riss,Sebastian Wickenburg, Hsin-Zon Tsai, Aaron Bradley, Miguel Ugeda, Han Sae Jung and Patrick Gorman ofUC Berkeley, Alejandro Pérez Paz of the Universidad del País Vasco in Spain and Dimas G. De Oteyza of the

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Donostia International Physics Center in San Sebastián, Spain. The work was funded by the Department ofEnergy, Office of Naval Research, European Research Council and Grupos Consolidados UPV/EHU delGobierno Vasco. Disclaimer: AAAS and EurekAlert! are not responsible for the accuracy of news releasesposted to EurekAlert! by contributing institutions or for the use of any information through the EurekAlert system.Media Contact Robert Sanders [email protected] 510-643-6998 @UCBerkeleyNews University ofCalifornia - Berkeley

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To the surprise of chemists, a new technique for taking snapshots of molecules with atomic precision is turningup chemicals they shouldn't be able to see. Chemical reactions take place so rapidly - often within picoseconds,or a trillionth of a second - that chemists expect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe.Only lasers firing in femtosecond bursts - like a strobe flashing every thousandth of a picosecond - can capturethe fleeting molecular structures that reacting chemicals form on their way to a final product. Yet a team ofchemists and physicists from the University of California, Berkeley, and Lawrence Berkeley National Laboratoryhas taken snapshots of two molecules reacting on the surface of a catalyst, and found intermediate structureslasting for the 20 minutes or so it takes to snap a photo. "Intuitively, we did not expect to see these transientintermediates, because they are so short lived," said Felix Fischer, an assistant professor of chemistry at UCBerkeley. "Based on our traditional understanding, you would expect to see the starting materials and veryshortly after, only the product. But we see these intermediates, so something else is going on." The explanationfor these ghostly molecules is now fleshing out details of catalytic reactions that chemists have only vaguelyunderstood until now, and providing new rules for chemical reactions that chemists can exploit to make reactionsgo faster or more efficiently, or build molecules never before seen. Fischer himself is just beginning to builda toolbox that will help design or improve catalytic reactions, which are the workhorse of the world's chemicalindustry, responsible for producing everything from fuel to the building blocks of plastics. These tools couldalso impact fields such as materials science, nanotechnology, biology and medicine. "The way chemists thinkabout heterogeneous catalysis appears to be an incomplete picture of what is actually happening on thesurface," he said. "If we can understand how to take this tool box and use it in the design of new structures orthe synthesis of new materials, that opens a whole new field of chemistry that so far has been dark to us,because we did not know how to actually visualize what is going on." A paper describing their work appearedonline this week in advance of publication in the journal Nature Chemistry. Atomic force microscopy Becausechemical reactions occur so rapidly, chemists can only infer how chemicals change during the process, asbonds between atoms break and reform, branches rotate or join to form rings, and three-dimensional structuresshift. Three years ago, Fischer and UC Berkeley's Michael Crommie, professor of physics, teamed up to applythe atom-scale precision of atomic force microscopy to take snapshots of molecules before and after a reaction,trying to confirm what chemists have always inferred. Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM,hovers above a surface and detects individual atoms via a microscopic vibrating probe with a sensitive carbonmonoxide molecule at its tip. Fischer, Crommie and their UC Berkeley colleagues place molecules on a goldor silver surface and heat them to make them react slowly, then use the nc-AFM to take snapshots over thecourse of the reaction. During their first attempt to image a reaction between two molecules, they saw not

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only the starting chemicals and end product, but also two intermediate chemical structures that should nothave been there. If you think of a reaction as a sequence of many intermediate chemical rearrangements, theeasy structural changes should happen quickly while more complicated rearrangements would be slower,because there's a higher energy barrier to making those changes. But the intermediates he saw were onesthat should have disappeared the fastest, based on current theories. Organic chemists like Fischer tend tothink of a chemical reaction as akin to falling downhill - once it starts, its own energy keeps it going until thefinal product appears. This concept didn't explain his results, however, so he borrowed an idea from chemicalengineers who work with catalysts. To them, some intermediate states are bound more closely to the catalyticsurface and lose energy to it, slowing the reaction. It's as if the reaction hit a rock on its downhill trajectory.Fischer's colleague, Angel Rubio, director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matterin Hamburg and a professor at the University of the Basque Country in Spain, made extensive supercomputercalculations taking this surface binding into account, but still was not able to predict the intermediates actuallyobserved. Together they finally hit on the idea of taking into account the entropy changes at each step of thereaction, and matched observations exactly. Entropy - essentially the level of disorder or chaos in a system -hates to decrease, according to the third law of thermodynamics. So some transitions that seem energeticallyeasy get stuck because they go from a flexible structure loosely bound to the catalyst - a high entropy situation- to a more rigid, tightly bound and lower-entropy situation. "Taking entropy into account could help youunderstand the distribution of products you get from a heterogeneous catalysis reaction," he said. "It couldhelp you predict which intermediates have a long lifetime on the surface, which ones could move around,adsorb or desorb from the surface, leading to a product distribution that might not be what you want. Then youcould tune the reaction towards the product that you desire." Fischer used his growing toolbox last year tomake a molecule that was predicted more than half a century ago but unachievable using standard organicchemistry in solution. Instead, he built it on the surface of a catalyst from custom-made molecules that wouldnormally not react in the right way, but which he guided to create an antiferromagnetic molecule calledperipentacene. "We used this toolbox of surface chemistry and the rules we have learned to make a moleculethat no one had been able to make in 60 years," he said. "This is an example of why it is important to understandwhat is happening on these surfaces, and how you can use this understanding to access structures andreactivities that are not accessible with the standard tools we have right now." More information: A. Riss, A.Pérez Paz, S. Wickenburg, H.-Z. Tsai, D. G. de Oteyza, A. J. Bradley, M. M. Ugeda, P. Gorman, H. S. Jung,M. F. Crommie, A. Rubio, and F. R. Fischer, "Imaging single-molecule reaction intermediates stabilized bysurface dissipation and entropy," Nature Chemistry, Advance Online Publication (May 2, 2016), DOI: 10.1038/nchem.2506 Provided by University of California - Berkeley " " May 10, 2016 http://phys.org/news/2016-05-atomic-microscope-reveals-molecular-ghosts.htm l

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Atomic Force Microscope Reveals Chemical Ghosts


To th e surprise of chemists, a new technique for taking snapshots of molecules with atomic precision is turningup chemicals they shouldnt be able to see. Chemical reactions take place so rapidly often within picoseconds,or a trillionth of a second that chemists expect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe.Only lasers firing in femtosecond bursts like a strobe flashing every thousandth of a picosecond can capturethe fleeting molecular structures that reacting chemicals form on their way to a final product. Yet a team ofchemists and physicists from the University of California, Berkeley, and Lawrence Berkeley National Laboratoryhas taken snapshots of two molecules reacting on the surface of a catalyst, and found intermediate structureslasting for the 20 minutes or so it takes to snap a photo. Intuitively, we did not expect to see these transientintermediates, because they are so short lived, said Felix Fischer, an assistant professor of chemistry at UCBerkeley. Based on our traditional understanding, you would expect to see the starting materials and veryshortly after, only the product. But we see these intermediates, so something else is going on. The explanationfor these ghostly molecules is now fleshing out details of catalytic reactions that chemists have only vaguelyunderstood until now, and providing new rules for chemical reactions that chemists can exploit to make reactionsgo faster or more efficiently, or build molecules never before seen. Fischer himself is just beginning to builda toolbox that will help design or improve catalytic reactions, which are the workhorse of the worlds chemicalindustry, responsible for producing everything from fuel to the building blocks of plastics. These tools couldalso impact fields such as materials science, nanotechnology, biology and medicine. The way chemists thinkabout heterogeneous catalysis appears to be an incomplete picture of what is actually happening on thesurface, he said. If we can understand how to take this tool box and use it in the design of new structures orthe synthesis of new materials, that opens a whole new field of chemistry that so far has been dark to us,because we did not know how to actually visualize what is going on. A paper describing their work appearedonline this week in advance of publication in the journal Nature Chemistry . Because chemical reactions occurso rapidly, chemists can only infer how chemicals change during the process, as bonds between atoms breakand reform, branches rotate or join to form rings, and three-dimensional structures shift. Three years ago,Fischer and UC Berkeleys Michael Crommie, professor of physics, teamed up to apply the atom-scale precisionof atomic force microscopy to take snapshots of molecules before and after a reaction, trying to confirm whatchemists have always inferred. Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM, hovers above asurface and detects individual atoms via a microscopic vibrating probe with a sensitive carbon monoxidemolecule at its tip. Fischer, Crommie and their UC Berkeley colleagues place molecules on a gold or silversurface and heat them to make them react slowly, then use the nc-AFM to take snapshots over the course ofthe reaction. During their first attempt to image a reaction between two molecules, they saw not only the

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starting chemicals and end product, but also two intermediate chemical structures that should not have beenthere. If you think of a reaction as a sequence of many intermediate chemical rearrangements, the easystructural changes should happen quickly while more complicated rearrangements would be slower, becausetheres a higher energy barrier to making those changes. But the intermediates he saw were ones that shouldhave disappeared the fastest, based on current theories. Organic chemists like Fischer tend to think of achemical reaction as akin to falling downhill once it starts, its own energy keeps it going until the final productappears. This concept didnt explain his results, however, so he borrowed an idea from chemical engineerswho work with catalysts. To them, some intermediate states are bound more closely to the catalytic surfaceand lose energy to it, slowing the reaction. Its as if the reaction hit a rock on its downhill trajectory. Fischerscolleague, Angel Rubio, director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburgand a professor at the University of the Basque Country in Spain, made extensive supercomputer calculationstaking this surface binding into account, but still was not able to predict the intermediates actually observed.Together they finally hit on the idea of taking into account the entropy changes at each step of the reaction,and matched observations exactly. Entropy essentially the level of disorder or chaos in a system hates todecrease, according to the third law of thermodynamics. So some transitions that seem energetically easy getstuck because they go from a flexible structure loosely bound to the catalyst a high entropy situation to amore rigid, tightly bound and lower-entropy situation. Taking entropy into account could help you understandthe distribution of products you get from a heterogeneous catalysis reaction, he said. It could help you predictwhich intermediates have a long lifetime on the surface, which ones could move around, adsorb or desorbfrom the surface, leading to a product distribution that might not be what you want. Then you could tune thereaction towards the product that you desire. Fischer used his growing toolbox last year to make a moleculethat was predicted more than half a century ago but unachievable using standard organic chemistry in solution.Instead, he built it on the surface of a catalyst from custom-made molecules that would normally not react inthe right way, but which he guided to create an antiferromagnetic molecule called peripentacene. We usedthis toolbox of surface chemistry and the rules we have learned to make a molecule that no one had been ableto make in 60 years, he said. This is an example of why it is important to understand what is happening onthese surfaces, and how you can use this understanding to access structures and reactivities that are notaccessible with the standard tools we have right now.

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To the surprise of chemists, a new technique for taking snapshots of molecules with atomic precision is turningup chemicals they shouldnt be able to see. Chemical reactions take place so rapidly often within picoseconds,or a trillionth of a second that chemists expect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe.Only lasers firing in femtosecond bursts like a strobe flashing every thousandth of a picosecond can capturethe fleeting molecular structures that reacting chemicals form on their way to a final product. Yet a team ofchemists and physicists from the University of California, Berkeley, and Lawrence Berkeley National Laboratoryhas taken snapshots of two molecules reacting on the surface of a catalyst, and found intermediate structureslasting for the 20 minutes or so it takes to snap a photo. Intuitively, we did not expect to see these transientintermediates, because they are so short lived, said Felix Fischer, an assistant professor of chemistry at UCBerkeley. Based on our traditional understanding, you would expect to see the starting materials and veryshortly after, only the product. But we see these intermediates, so something else is going on. The explanationfor these ghostly molecules is now fleshing out details of catalytic reactions that chemists have only vaguelyunderstood until now, and providing new rules for chemical reactions that chemists can exploit to make reactionsgo faster or more efficiently, or build molecules never before seen. Fischer himself is just beginning to builda toolbox that will help design or improve catalytic reactions, which are the workhorse of the worlds chemicalindustry, responsible for producing everything from fuel to the building blocks of plastics. These tools couldalso impact fields such as materials science, nanotechnology, biology and medicine. The way chemists thinkabout heterogeneous catalysis appears to be an incomplete picture of what is actually happening on thesurface, he said. If we can understand how to take this tool box and use it in the design of new structures orthe synthesis of new materials, that opens a whole new field of chemistry that so far has been dark to us,because we did not know how to actually visualize what is going on. A paper describing their work appearedonline this week in advance of publication in the journal Nature Chemistry . Atomic force microscopy Becausechemical reactions occur so rapidly, chemists can only infer how chemicals change during the process, asbonds between atoms break and reform, branches rotate or join to form rings, and three-dimensional structuresshift. Three years ago, Fischer and UC Berkeleys Michael Crommie, professor of physics, teamed up to applythe atom-scale precision of atomic force microscopy to take snapshots of molecules before and after a reaction,trying to confirm what chemists have always inferred. Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM, hovers above a surface and detects individual atoms via a microscopic vibrating probe with a sensitivecarbon monoxide molecule at its tip. Fischer, Crommie and their UC Berkeley colleagues place molecules ona gold or silver surface and heat them to make them react slowly, then use the nc-AFM to take snapshots overthe course of the reaction. During their first attempt to image a reaction between two molecules, they saw

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not only the starting chemicals and end product, but also two intermediate chemical structures that should nothave been there. If you think of a reaction as a sequence of many intermediate chemical rearrangements, theeasy structural changes should happen quickly while more complicated rearrangements would be slower,because theres a higher energy barrier to making those changes. But the intermediates he saw were onesthat should have disappeared the fastest, based on current theories. Organic chemists like Fischer tend tothink of a chemical reaction as akin to falling downhill once it starts, its own energy keeps it going until thefinal product appears. This concept didnt explain his results, however, so he borrowed an idea from chemicalengineers who work with catalysts. To them, some intermediate states are bound more closely to the catalyticsurface and lose energy to it, slowing the reaction. Its as if the reaction hit a rock on its downhill trajectory.Fischers colleague, Angel Rubio, director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matterin Hamburg and a professor at the University of the Basque Country in Spain, made extensive supercomputercalculations taking this surface binding into account, but still was not able to predict the intermediates actuallyobserved. Together they finally hit on the idea of taking into account the entropy changes at each step of thereaction, and matched observations exactly. Entropy essentially the level of disorder or chaos in a systemhates to decrease, according to the third law of thermodynamics. So some transitions that seem energeticallyeasy get stuck because they go from a flexible structure loosely bound to the catalyst a high entropy situationto a more rigid, tightly bound and lower-entropy situation. Taking entropy into account could help youunderstand the distribution of products you get from a heterogeneous catalysis reaction, he said. It could helpyou predict which intermediates have a long lifetime on the surface, which ones could move around, adsorbor desorb from the surface, leading to a product distribution that might not be what you want. Then you couldtune the reaction towards the product that you desire. Fischer used his growing toolbox last year to make amolecule that was predicted more than half a century ago but unachievable using standard organic chemistryin solution. Instead, he built it on the surface of a catalyst from custom-made molecules that would normallynot react in the right way, but which he guided to create an antiferromagnetic molecule called peripentacene.We used this toolbox of surface chemistry and the rules we have learned to make a molecule that no one hadbeen able to make in 60 years, he said. This is an example of why it is important to understand what is happeningon these surfaces, and how you can use this understanding to access structures and reactivities that are notaccessible with the standard tools we have right now. Other co-authors of the Nature Chemistry paper areAlexander Riss, Sebastian Wickenburg, Hsin-Zon Tsai, Aaron Bradley, Miguel Ugeda, Han Sae Jung andPatrick Gorman of UC Berkeley, Alejandro Pérez Paz of the Universidad del País Vasco in Spain and DimasG. De Oteyza of the Donostia International Physics Center in San Sebastián, Spain. The work was fundedby the Department of Energy, Office of Naval Research, European Research Council and Grupos ConsolidadosUPV/EHU del Gobierno Vasco.

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To a warn of chemists, a new technique for holding snapshots of molecules with atomic pointing is branchadult chemicals they shouldn t be means to see.

Chemical reactions take place so fast mostly within picoseconds, or a trillionth of a second that chemistspattern middle stairs in a greeting to be too brief to observe. Only lasers banishment in femtosecond burstslike a strobe flashing any thousandth of a picosecond can constraint a passing molecular structures thatreacting chemicals form on their approach to a final product.

Yet a group of chemists and physicists from a University of California, Berkeley, and Lawrence Berkeley NationalLaboratory has taken snapshots of dual molecules reacting on a aspect of a catalyst, and found middlestructures durability for a 20 mins or so it takes to snap a photo.

Intuitively, we did not pattern to see these transitory intermediates, since they are so brief lived, pronouncedFelix Fischer, an partner highbrow of chemistry during UC Berkeley. Based on a normal understanding, wewould pattern to see a starting materials and really shortly after, usually a product. But we see theseintermediates, so something else is going on.

The reason for these resounding molecules is now fleshing out sum of catalytic reactions that chemists haveusually vaguely accepted until now, and providing new manners for chemical reactions that chemists can featto make reactions go faster or some-more efficiently, or build molecules never before seen.

Fischer himself is usually commencement to build a toolbox that will assistance pattern or urge catalyticreactions, that are a workhorse of a world s chemical industry, obliged for producing all from fuel to a buildingblocks of plastics. These collection could also impact fields such as materials science, nanotechnology, biologyand medicine.

The approach chemists consider about extrinsic catalysis appears to be an deficient pattern of what is indeedfunction on a surface, he said. If we can know how to take this apparatus box and use it in a pattern of newstructures or a singularity of new materials, that opens a whole new margin of chemistry that so distant hasbeen dim to us, since we did not know how to indeed daydream what is going on.

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A paper describing their work seemed online this week in allege of announcement in a biography NatureChemistry.


Because chemical reactions start so rapidly, chemists can usually infer how chemicals change during a process,as holds between atoms mangle and reform, branches stagger or join to form rings, and three-dimensionalstructures shift. Three years ago, Fischer and UC Berkeley s Michael Crommie, highbrow of physics, teamedadult to request a atom-scale pointing of atomic force microscopy to take snapshots of molecules before andafter a reaction, perplexing to endorse what chemists have always inferred.

An atomic force microscope was means to take a picture of a atoms before and after a reaction, though alsofound dual presumably ephemeral intermediates (center) in this greeting of dual enediyne molecules.

An atomic force microscope was means to take a picture of a atoms before and after a reaction, though alsofound dual presumably ephemeral intermediates (center) in this greeting of dual enediyne molecules.

Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM, hovers above a aspect and detects particular atomsaround a little moving examine with a supportive CO monoxide proton during a tip. Fischer, Crommie and theirUC Berkeley colleagues place molecules on a bullion or china aspect and feverishness them to make themconflict slowly, afterwards use a nc-AFM to take snapshots over a march of a reaction.

During their initial try to picture a greeting between dual molecules, they saw not usually a starting chemicalsand finish product, though also dual middle chemical structures that should not have been there. If we considerof a greeting as a method of many middle chemical rearrangements, a easy constructional changes shouldoccur fast while some-more difficult rearrangements would be slower, since there s a aloft appetite separatorto creation those changes. But a intermediates he saw were ones that should have left a fastest, formed onstream theories.

Organic chemists like Fischer tend to consider of a chemical greeting as same to descending downhill onceit starts, a possess appetite keeps it going until a final product appears. This judgment didn t explain his results,however, so he borrowed an thought from chemical engineers who work with catalysts. To them, some middlestates are firm some-more closely to a catalytic aspect and remove appetite to it, negligence a reaction. It sas if a greeting strike a stone on a downhill trajectory.

Fischer s colleague, Angel Rubio, executive of a Max Planck Institute for a Structure and Dynamics of Matter

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in Hamburg and a highbrow during a University of a Basque Country in Spain, done endless supercomputercalculations holding this aspect contracting into account, though still was not means to envision a intermediatesindeed observed.

Together they finally strike on a thought of holding into comment a entropy changes during any step of areaction, and matched observations exactly. Entropy radically a turn of commotion or disharmony in acomplement hates to decrease, according to a third law of thermodynamics. So some transitions that seemvigourously easy get stranded since they go from a stretchable structure loosely firm to a matter a high entropyconditions to a some-more rigid, firmly firm and lower-entropy situation.

Supercomputer simulations uncover how a appetite in a proton is common with a atoms of a matter (yellowballs), inspiring how fast a dual enediyne molecules react.

Supercomputer simulations uncover how a appetite in a proton is common with a atoms of a matter (yellowballs), inspiring how fast a dual enediyne molecules react.

Taking entropy into comment could assistance we know a placement of products we get from a extrinsiccatalysis reaction, he said. It could assistance we envision that intermediates have a prolonged lifetime ona surface, that ones could pierce around, adsorb or desorb from a surface, heading to a product placementthat competence not be what we want. Then we could balance a greeting towards a product that we desire.

Fischer used his flourishing toolbox final year to make a proton that was likely some-more than half a centuryago though unachievable regulating customary organic chemistry in solution. Instead, he built it on a aspectof a matter from custom-made molecules that would routinely not conflict in a right way, though that he guidedto emanate an antiferromagnetic proton called peripentacene.

We used this toolbox of aspect chemistry and a manners we have schooled to make a proton that no one hadbeen means to make in 60 years, he said. This is an instance of because it is critical to know what is functionon these surfaces, and how we can use this bargain to entrance structures and reactivities that are not permittedwith a customary collection we have right now.

Other co-authors of a Nature Chemistry paper are Alexander Riss, Sebastian Wickenburg, Hsin-Zon Tsai,Aaron Bradley, Miguel Ugeda, Han Sae Jung and Patrick Gorman of UC Berkeley, Alejandro Pérez Paz of aUniversidad del País Vasco in Spain and Dimas G. De Oteyza of a Donostia International Physics Center inSan Sebastián, Spain.

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Atomic force microscope reveals molecular ghosts: Mapping molecules withatomic precision expands toolbox for designing new catalytic reactions


Berkeley, CA | Posted on May 11th, 2016

Chemical reactions take place so rapidly - often within picoseconds, or a trillionth of a second - that chemistsexpect intermediate steps in the reaction to be too brief to observe. Only lasers firing in femtosecond bursts -like a strobe flashing every thousandth of a picosecond - can capture the fleeting molecular structures thatreacting chemicals form on their way to a final product.

Yet a team of chemists and physicists from the University of California, Berkeley, and Lawrence BerkeleyNational Laboratory has taken snapshots of two molecules reacting on the surface of a catalyst, and foundintermediate structures lasting for the 20 minutes or so it takes to snap a photo.

"Intuitively, we did not expect to see these transient intermediates, because they are so short lived," said FelixFischer, an assistant professor of chemistry at UC Berkeley. "Based on our traditional understanding, youwould expect to see the starting materials and very shortly after, only the product. But we see theseintermediates, so something else is going on."

The explanation for these ghostly molecules is now fleshing out details of catalytic reactions that chemistshave only vaguely understood until now, and providing new rules for chemical reactions that chemists canexploit to make reactions go faster or more efficiently, or build molecules never before seen.

Fischer himself is just beginning to build a toolbox that will help design or improve catalytic reactions, whichare the workhorse of the world's chemical industry, responsible for producing everything from fuel to the buildingblocks of plastics. These tools could also impact fields such as materials science, nanotechnology, biologyand medicine.

"The way chemists think about heterogeneous catalysis appears to be an incomplete picture of what is actuallyhappening on the surface," he said. "If we can understand how to take this tool box and use it in the designof new structures or the synthesis of new materials, that opens a whole new field of chemistry that so far hasbeen dark to us, because we did not know how to actually visualize what is going on."

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A paper describing their work appeared online this week in advance of publication in the journal NatureChemistry.


Because chemical reactions occur so rapidly, chemists can only infer how chemicals change during the process,as bonds between atoms break and reform, branches rotate or join to form rings, and three-dimensionalstructures shift. Three years ago, Fischer and UC Berkeley's Michael Crommie, professor of physics, teamedup to apply the atom-scale precision of atomic force microscopy to take snapshots of molecules before andafter a reaction, trying to confirm what chemists have always inferred.

Their non-contact atomic force microscope, or nc-AFM, hovers above a surface and detects individual atomsvia a microscopic vibrating probe with a sensitive carbon monoxide molecule at its tip. Fischer, Crommie andtheir UC Berkeley colleagues place molecules on a gold or silver surface and heat them to make them reactslowly, then use the nc-AFM to take snapshots over the course of the reaction.

During their first attempt to image a reaction between two molecules, they saw not only the starting chemicalsand end product, but also two intermediate chemical structures that should not have been there. If you thinkof a reaction as a sequence of many intermediate chemical rearrangements, the easy structural changesshould happen quickly while more complicated rearrangements would be slower, because there's a higherenergy barrier to making those changes. But the intermediates he saw were ones that should have disappearedthe fastest, based on current theories.

Organic chemists like Fischer tend to think of a chemical reaction as akin to falling downhill - once it starts, itsown energy keeps it going until the final product appears. This concept didn't explain his results, however, sohe borrowed an idea from chemical engineers who work with catalysts. To them, some intermediate states arebound more closely to the catalytic surface and lose energy to it, slowing the reaction. It's as if the reaction hita rock on its downhill trajectory.

Fischer's colleague, Angel Rubio, director of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matterin Hamburg and a professor at the University of the Basque Country in Spain, made extensive supercomputercalculations taking this surface binding into account, but still was not able to predict the intermediates actuallyobserved.

Together they finally hit on the idea of taking into account the entropy changes at each step of the reaction,and matched observations exactly. Entropy - essentially the level of disorder or chaos in a system - hates to

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decrease, according to the third law of thermodynamics. So some transitions that seem energetically easy getstuck because they go from a flexible structure loosely bound to the catalyst - a high entropy situation - to amore rigid, tightly bound and lower-entropy situation.

"Taking entropy into account could help you understand the distribution of products you get from aheterogeneous catalysis reaction," he said. "It could help you predict which intermediates have a long lifetimeon the surface, which ones could move around, adsorb or desorb from the surface, leading to a productdistribution that might not be what you want. Then you could tune the reaction towards the product that youdesire."

Fischer used his growing toolbox last year to make a molecule that was predicted more than half a centuryago but unachievable using standard organic chemistry in solution. Instead, he built it on the surface of acatalyst from custom-made molecules that would normally not react in the right way, but which he guided tocreate an antiferromagnetic molecule called peripentacene.

"We used this toolbox of surface chemistry and the rules we have learned to make a molecule that no one hadbeen able to make in 60 years," he said. "This is an example of why it is important to understand what ishappening on these surfaces, and how you can use this understanding to access structures and reactivitiesthat are not accessible with the standard tools we have right now."

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Other co-authors of the Nature Chemistry paper are Alexander Riss, Sebastian Wickenburg, Hsin-Zon Tsai,Aaron Bradley, Miguel Ugeda, Han Sae Jung and Patrick Gorman of UC Berkeley, Alejandro Pérez Paz of theUniversidad del País Vasco in Spain and Dimas G. De Oteyza of the Donostia International Physics Centerin San Sebastián, Spain.

The work was funded by the Department of Energy, Office of Naval Research, European Research Counciland Grupos Consolidados UPV/EHU del Gobierno Vasco.

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Fotografiadas in fraganti las sustancias intermedias de una reacción química


Uno de los objetivos que durante muchísimo tiempo han perseguido los químicos ha sido ser capaces depoder seguir y visualizar directamente cómo cambian las estructuras de las moléculas cuando experimentancomplejas transformaciones químicas. Los intermedios de reacción sustancias muy inestables que se formanen las diferentes etapas de una reacción, antes de obtener los productos son extremadamente difíciles deidentificar y caracterizar, debido a su corta vida. Conocer la estructura de estas especies intermedias puedeser de gran ayuda para entender los mecanismos de la reacción, y eso, además, puede generar un granimpacto en la industria química, la ciencia de materiales, la nanotecnología, la biología y la medicina. Unprestigioso equipo internacional de investigadores liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie( Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio(catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHUy director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo) ha captado laimagen y ha resuelto la configuración de los enlaces de los reactivos, de los intermedios y de los productosfinales de una compleja reacción orgánica, a nivel de una sola molécula. La prestigiosa revista Nature Chemistryha publicado la investigación en su último número. El equipo ha conseguido las imágenes de las estructurasquímicas asociadas a diferentes etapas de la reacción en cascada, de múltiples etapas, de moléculas deenediina sobre una superficie de plata, utilizando un microscopio de fuerza atómica sin contacto (nc-AFM,por sus siglas en inglés) con una sonda especialmente sensible: utiliza una aguja muy fina que puede detectarlas más pequeñas protuberancias a escala atómica (de una manera similar a la lectura en Braille), ya que seadsorbe una molécula de monóxido de carbono que actúa como dedo en la lectura, para aumentar suresolución. La identificación precisa de la configuración de enlaces de las especies intermedias hapermitido determinar la compleja secuencia de transformaciones químicas a lo largo del mecanismo dereacción, partiendo de los reactivos, pasando por los intermedios y acabando en los productos finales, explicaÁngel Rubio catedrático de la UPV/EHU, y, a su vez, ha permitido resolver los mecanismos microscópicosque suceden en este comportamiento dinámico tan complejo. Estabilización de intermedios Mediantela combinación de los últimos avances en cálculo numérico y los modelos analíticos clásicos que describenla cinética de reacciones químicas secuenciales área que estudia la rapidez de las reacciones y los eventosmoleculares que suceden en ella, ha quedado probado que, para explicar la estabilización de las sustanciasintermedias, no es suficiente considerar la energía potencial de las mismas, sino que es fundamental teneren cuenta la disipación de energía y los cambios de entropía molecular la entropía mide el grado de organizaciónde un sistema. La superficie, y en particular la interacción de las sustancias intermedias extremadamenteinestables con la superficie, juega un papel fundamental tanto en la entropía como en la disipación de energía,

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que marca una gran diferencia entre las reacciones soportadas en una superficie y las reacciones en fasegaseosa o en disolución. Esta detallada comprensión, conseguida gracias a la sinergia entre la visualizaciónde las reacciones químicas de una molécula y los últimos avances en modelización computacional, constituyeun hito fundamental en el análisis de las reacciones químicas, concreta. De hecho, con todo ello, se hansuperado muchas de las limitaciones de las técnicas espectroscópicas convencionales afirma, y se haconseguido una imagen a escala atómica, sin precedentes, de los mecanismos de reacción, las fuerzasimpulsoras y la cinética. Según explica Rubio, todo este nuevo conocimiento puede abrir incontables nuevoscampos, nunca explorados hasta el momento: futuros diseños y optimizaciones de sistemas catalíticosheterogéneos, desarrollo de nuevas herramientas de síntesis aplicadas a la nanotecnología del carbono, asícomo aplicaciones en ciencias de materiales y bioquímicas. Información complementaria La investigaciónha sido llevada a cabo por los grupos de investigación liderados por Felix R. Fischer y Michael F. Crommie(Universidad de California en Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory) y por Ángel Rubio(catedrático de la UPV/EHU, líder del grupo de investigación Nano-Bio Spectroscopy Group de la UPV/EHUy director del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter de Hamburgo). Cabe destacarque los cálculos fueron realizados por un investigador postdoctoral del grupo Nano-bio Spectroscopy Groupde la UPV/EHU, el doctor Alejandro Pérez, y que los investigadores Ikerbasque Dimas G. Oteyza (DIPC) yMiguel Moreno Ugeda (CIC Nanogune) han jugado un papel importante en los experimentos que se hicieronen Berkeley cuando ellos estaban allí. La actividad del grupo de investigación Nano-bio SpectroscopyGroup, liderado por el catedrático de la UPV/EHU Ángel Rubio miembro del Departamento de Ciencia de losMateriales, está enfocada a la investigación teórica y modelización de propiedades electrónicas y estructuralesde la materia condensada, así como al desarrollo de nuevas herramientas teóricas y códigos computacionalespara investigar la respuesta electrónica de los sólidos y nanoestructuras frente a campos electromagnéticosexternos. The post appeared first on SPRI .

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In fraganti harrapatu dituzte erreakzio kimiko baten bitarteko substantziak


Proiektuaren ikertzaileak.]. Luzaroan, kimikarien helburuetako bat izan da eraldaketa kimiko konplexuakgertatzean molekulen egiturak nola aldatzen diren zuzenean ikustea eta haien segimendua egin ahal izatea.Oso zaila da erreakzio-bitartekoak erreakzio batean, produktuak lortu baino lehen, etapa guztietan sortzendiren substantzia oso ezegonkorrak identifikatzea eta karakterizatzea, oso bizitza laburra baitute. Bitartekoespezie horien egitura ezagutzea oso lagungarri izan daiteke erreakzio-mekanismoak ulertzeko, eta horrek,gainera, eragin handia izan dezake industria kimikoan, materialen zientzian, nanoteknologian, biologian etamedikuntzan. Felix R. Fischer eta Michael F. Crommie ( Kalifornia-Berkeleyko Unibertsitatea eta LawrenceBerkeley National Laboratory) eta Ángel Rubio (UPV/EHUko katedraduna, UPV/EHUko Nano-BioSpectroscopy Group ikerketa-taldearen burua eta Hanburgoko Max Planck Institute for the Structure andDynamics of Matter institutuko zuzendaria) buru dituzten nazioarteko ikertzailez osatutako talde batek erreakzioorganiko konplexu baten erreaktiboen, bitartekoen eta produktuen irudiak lortu ditu eta haien loturenkonfigurazioa ebatzi du, molekula bakar baten mailan. Nature Chemistry aldizkari entzutetsuak argitaratu duikerketa hau bere azken zenbakian. Enediina molekulek zilar-geruza baten gainean eragiten duten erreakziokonplexuaren etapa guztietako egitura kimikoen irudiak lortu ditu lantaldeak, eta, horretarako, kontakturikgabeko indar atomikoko mikroskopio bat erabili dute (nc-AFM, ingelesezko izenarengatik), zunda berezikisentikor batekin: eskala atomikoko irtengune txikienak detekta ditzakeen orratz oso fina erabiltzen du (Braillezidatzitako testuak irakurtzen diren bezala); orratzaren puntan, karbono monoxido molekula bat adsorbatzenda, zeinak hatz gisa jokatzen baitu irakurketan, bereizmena handitzeko. Bitarteko espezieen loturenkonfigurazioaren identifikazio zehatzari esker, erreakzio-mekanismo osoan gertatzen diren aldaketa kimikoensekuentzia konplexua argitu ahal izan da, erreaktiboetatik hasi, bitartekoetatik pasatu eta azken produktuekinamaituz, azaldu du Ángel Rubio UPV/EHUko katedradunak, eta, aldi berean, aukera eman du halako portaeradinamiko konplexuan gertatzen diren mekanismo mikroskopikoak ebazteko. Bitartekoak egonkortzeaErreakzio kimiko sekuntzialen zinetika erreakzioen azkartasuna eta erreakzioan izaten diren gertakizunmolekularrak aztertzen dituen arloa deskribatzen duten eredu analitiko klasikoen eta zenbakizko kalkuluarenazken aurrerapenen arteko konbinazioari esker, frogatu dute bitarteko substantziak nola egonkortu direnazaltzeko ez dela nahikoa haien energia potentziala aintzat hartzea, baizik eta funtsezkoa dela kontuan hartzeaenergia-disipazioa eta entropia molekularraren aldaketak entropiak sistema baten antolaketa-maila neurtzendu. Gainazalak eta, bereziki, erabat ezegonkorrak diren bitarteko substantziek gainazalarekin dituzteninterakzioek oso funtzio garrantzitsua dute bai entropian bai energia-disipazioan, eta, hain zuzen ere, horrekalde handia eragiten du gainazal batean gertatzen diren erreakzioen eta gas-fasean edo disoluzioan gertatzendiren erreakzioen artean. Molekula baten erreakzio kimikoak bistaratzearen eta ordenagailu bidezko

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modelizazioan gertatzen diren azken aurrerapenen sinergiari esker lortu da hain xehe ulertzea mekanismoa,eta, hori guztia giltzarri da erreakzio kimikoen analisian, zehaztu du ikertzaileak. Izan ere, horrekin guztiarekin,teknika espektroskopiko konbentzionalen mugetako asko gainditu dira adierazi du, eta erreakzio-mekanismoak, indar eragileak eta zinetika ordura arte ez bezala eskala atomikoan irudikatzea lortu da. Rubiokazaltzen duenez, jakintza honek guztiak ezin konta ahala arlo berri zabal ditzake, orain arte sekula aztertugabeak: sistema katalitiko heterogeneoen etorkizuneko diseinuak eta optimizazioak, karbonoarennanoteknologiari aplikatutako sintesi-tresna berriak garatzea, bai eta materialen zientziako eta biokimikakoaplikazioak ere. Informazio osagarria Ikerketa zenbait ikerketa-talderen lankidetzaz gauzatu da: Felix R.Fischer-en eta Michael F. Crommie-ren (Kalifornia-Berkeleyko Unibertsitatea eta Lawrence Berkeley NationalLaboratory) eta Ángel Rubioren taldeek (UPV/EHUko katedraduna, UPV/EHUko Nano-Bio SpectroscopyGroup ikerketa-taldearen burua eta Hanburgoko Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matterinstitutuko zuzendaria). Aipatzekoa da kalkuluak UPV/EHUko Nano-Bio Spectroscopy Group taldekodoktoretza osteko ikertzaile batek, Alejandro Pérez doktoreak, egin dituela, eta Dimas G. Oteyza (DIPC) etaMiguel Moreno Ugeda (Nanogune) Ikerbasque ikertzaileek oso paper garrantzitsua izan dutela Berkeley-nzegoen bitartean egin zituzten esperimentuetan. Ángel Rubio UPV/EHUko katedradunak Materialen ZientziaSaila unibertsitatean zuzentzen duen Nano-Bio Spectroscopy Group ikerketa-taldearen jarduerak ardatz hauekditu: ikerketa teorikoa eta materia kondentsatuaren propietate elektronikoen eta egitura-propietateenmodelizazioa; tresna teoriko eta kode konputazional berriak garatzea, solidoek eta nanoegiturek kanpokoeremu elektromagnetikoen aurrean duten erantzun elektronikoa ikertzeko.

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