Исследователи из Франции применили комбинацию гомогенного катализа и атомной силовой микроскопии для создания сложных шаблонов на поверхности субстрата.

Атомная силовая микроскопия [Atomic Force Microscopy (AFM) представляет собой один из видов сканирующей зондовой микроскопии, основанный на ван-дер-ваальсовских взаимодействиях зонда с поверхностью образца.

Принцип действия атомного силового микроскопа основан на использовании сил атомных связей, действующих между атомами вещества.

На малых расстояниях между двумя атомами действуют силы отталкивания, а на больших – силы притяжения. Совершенно аналогичные силы действуют и между любыми сближающимися телами. В сканирующем атомном силовом микроскопе такими телами служат исследуемая поверхность и скользящее над нею острие. Обычно в приборе в качестве зонда используется игла с площадью острия в один или несколько атомов, закрепленная на кантилевере, который плавно скользит над поверхностью образца. Новые подходы к дизайну зондов атомно-силового микроскопа позволяет использовать его не только как инструмент для определения структуры поверхности, но и в нанесении изображений на поверхность – подход, похожий на создание «молекулярных татуировок».

Рис. 1. Иммобилизованный гомогенный катализатор
может способствовать трансформации функциональных
групп, связанных с поверхностью. (Рисунок из Chem. Sci.,
2013, DOI: 10.1039/c3sc50979f).

В настоящее время зонды атомно-силовых микроскопов могли использоваться только для небольшого количества химических превращений, позволяющих наносить рисунок на поверхности, причем для этого до настоящего времени для этой операции применялся только гетерогенный катализ.

В новой работе Жан-Люк Перрен (Jean-Luc Parrain), Сильвен Клэр (Sylvain Clair) и Оливье Чузе (Olivier Chuzel) из Университета Марселя и Национального Центра Научных Исследований Франции смогли прикрепить гомогенный катализатор к коммерчески доступному серийному зонду атомно-силового микроскопа и использовать этот катализатор для проведения эпоксидирования алкенов в определенных местоположениях самоорганизованного монослоя.

Эпоксидные соединения часто применяются в синтетической химии благодаря своей реакционной способности, поэтому эпоксиды, расположенные на поверхности монослоя, представляют собой идеальные места для связывания с большими по размерами органическими или биоорганическими субстратами (например пептидами), образуя заранее предопределенную систему.

С помощью гомогенного катализа можно добиться гораздо большего химического многообразия.

Исследователи из Франции отмечают, что

универсальность нового метода вполне может сделать его орудием для химиков, собирающихся проводить химические реакции на поверхности, добиваясь построения комплексного узора-шаблона.

Юрриаан Хускенс (Jurriaan Huskens) из Университета Твенте (Нидерланды), занимающийся созданием наносистем, говорит о результате работы французских коллег как о потенциально мощной и перспективной стратегии.