Lograr romper selectivamente enlaces químicos particulares de especies moleculares es clave para controlar a voluntad los productos de reacciones químicas. Conseguir tal selectividad es ciertamente más complicado cuando se manipulan especies que tienen varios enlaces de igual intensidad.

Tal es el caso de la molécula de metano parcialmente “deuterada”, es decir, en la que hay enlaces carbono-hidrogeno (C-H) y carbono-deuterio (C-D), un isotopo del hidrogeno con una masa nuclear mayor. Sin embargo, usando láseres de longitud de onda conveniente se pueden excitar selectivamente diferentes modos de vibración molecular, buscando favorecer la ruptura de enlaces C-H o C-D por ejemplo, al hacer colisionar la molécula con la superficie de un dado material. Entonces, la clave es determinar las condiciones óptimas (estado vibracional excitado y velocidad de las moléculas) que permiten un 100% de selectividad para cada tipo de enlace.

En un trabajo reciente publicado en la revista “Physical Review Letters” por investigadores del IFIR en colaboración con el grupo de Química Teórica de la Ecole Normale Superieure de Lyon, Francia, se determinaron a través de simulaciones computacionales atomísticas de alta precisión, las condiciones particulares en las que es posible conseguir experimentalmente un 100% de rupturas de ligaduras C-H y C-D, además de explicarse las razones de tal selectividad. De esta manera, se logró interpretar resultados recientes del grupo experimental de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza, en los que se obtuvo una selectividad completa para la ruptura de ligaduras tipo C-H. Además, las simulaciones realizadas en el IFIR permitieron proponer las condiciones necesarias para obtener 100% de selectividad para la ruptura de enlaces de tipo C-D, aun no conseguido experimentalmente.

“Towards Bond Selective Chemistry from First Principles: Methane on Metal Surfaces”
X. J. Shen, A. Lozano, W. Dong, H. F. Busnengo, and X. H. Yan
Phys. Rev. Lett. 112, 046101 (2014)