Teoria molekularnej gęstości elektronowej jako nowy paradygmat w chemii organicznej
W podręcznikach do chemii organicznej znajduje się błąd. „W większości tych podręczników wyjaśniono, dlaczego i jak zachodzą reakcje organiczne z wykorzystaniem koncepcji chemicznych i symboliki opracowanych na początku XX wieku”, mówi Mar Ríos-Gutiérrez, profesor chemii organicznej na Uniwersytecie w Walencji(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Od tego czasu reakcje chemiczne coraz częściej opisuje się za pomocą gęstości elektronowej. Trend ten został sformalizowany przez sformułowanie Molekularnej teorii gęstości elektronów (ang. Molecular Electron Density Theory, MEDT), która zakłada, że zmiany molekularnej gęstości elektronowej – a nie oddziaływania orbitali molekularnych – wpływają na reaktywność cząsteczek organicznych. „Odkrycia będące wynikiem wdrożenia tego nowego paradygmatu interpretacji są sprzeczne z klasycznymi wyjaśnieniami stosowanym w chemii organicznej, a te wciąż można znaleźć w wielu podręcznikach, a nawet w najnowszych artykułach badawczych”, dodaje Ríos-Gutiérrez. Uznając, że nadszedł czas na zmiany, Ríos-Gutiérrez postanowiła udoskonalić stare koncepcje, by dostosować je do analizy molekularnej gęstości elektronowej. W ramach finansowanego ze środków UE projektu Extending MEDT(odnośnik otworzy się w nowym oknie) uczona chce upowszechnić wśród chemików wykorzystywanie MEDT jako głównej teorii do opisu reaktywności chemicznej cząsteczek organicznych.
Kwestionowanie tradycyjnych założeń chemii organicznej
Wykorzystując MEDT oraz nowe narzędzia kwantowo-chemiczne oparte na gęstości elektronowej, Ríos-Gutiérrez poddaje w wątpliwość trzy ważne w chemii organicznej kwestie, a mianowicie mechanizm reakcji perycyklicznych, aromatyczność produktów przejściowych oraz mechanizmy reakcji cykloaddycji [3+2], której błędnie nadano nazwę cykloaddycji 1,3-dipolarnej. „Odkryliśmy, że w niektórych z najważniejszych reakcji organicznych, takich jak aromatyczna substytucja nukleofilowa i cykloaddycja, zmiany wiązań nie następują jednocześnie, lecz sekwencyjnie”, wyjaśnia Ríos-Gutiérrez. „To odkrycie podważa tradycyjne założenie, że reakcje jednoetapowe są uzgodnione”. Kolejnym istotnym osiągnięciem było sklasyfikowanie reakcji organicznych jako reakcji o przepływie gęstości elektronowej skierowanym do przodu, do tyłu lub zerowym. Klasyfikacja ta została wprowadzona w oparciu o kierunek globalnego transferu gęstości elektronowej podczas reakcji. „Ta klasyfikacja pozwala na jednoznaczne ustalenie zachowania reagentów w reakcji chemicznej bez wykorzystania konwencjonalnych klasyfikacji”, mówi badaczka.
Całkowicie nowa interpretacja chemii organicznej
Jak uważa Ríos-Gutiérrez, wyniki te pomogły rozpowszechnić MEDT jako standard w opisywaniu reaktywności cząsteczek organicznych. „Tworząc nowy, nowoczesny i racjonalny model reaktywności związków organicznych oparty na molekularnej gęstości elektronowej, zapoczątkowaliśmy nową erę w rozumieniu i interpretacji chemii organicznej”. Ríos-Gutiérrez zaznacza jednak, że przed zespołem wciąż sporo pracy. „W wielu kręgach nadal stosowane są przestarzałe interpretacje”, zauważa badaczka. „Dlatego angażuję się w rozwój MEDT i uznanie tej teorii za nowy paradygmat w chemii organicznej”, podsumowuje uczona. Ríos-Gutiérrez prowadziła prace badawcze dzięki wsparciu udzielonemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
