Force-induced tautomerization in a single molecule

Ladenthin, Janina N.; Frederiksen, Thomas; Persson, Mats; Sharp, Joanne; Gawinkowski, Sylwester; Waluk, Jacek; Kumagai, Takashi

doi:10.1038/nchem.2552

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“…Over approximately the past decade, static force‐extension measurements of single polymer chains have been extensively performed by many researchers . Many articles have already been published on the use of SMFS for characterizing polymers and bio‐macromolecules, such as protein folding, elasticity of macromolecules, DNA mechanics, and the identification of individual molecules . Herein, our focus is on analyzing the physical properties of single polymer chains.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Investigating the Dynamic Viscoelasticity of Single Polymer Chains using Atomic Force Microscopy

Liang

Nakajima

2019

J Polym Sci B Polym Phys

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In single‐molecule force spectroscopy (SMFS), many studies have focused on the elasticity and conformation of polymer chains, but little attention has been devoted to the dynamic properties of single polymer chains. In this study, we measured the energy dissipation and elastic properties of single polystyrene (PS) chains in toluene, methanol, and N,N‐dimethylformamide using a homemade piezo‐control and data acquisition system externally coupled to a commercial atomic force microscope (AFM), which provided more accurate information regarding the dynamic properties of the PS chains. We quantitatively measured the chain length‐dependent changes in the stiffness and viscosity of a single chain using a phenomenological model consistent with the theory of viscoelasticity for polymer chains in dilute solution. The effective viscosity of a polymer chain can be determined using the Kirkwood model, which is independent of the intrinsic viscosity of the solvent and dependent on the interaction between the polymer and solvent. The results indicated that the viscosity of a single PS chain is dominated by the interaction between the polymer and solvent. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2019, 57, 1736–1743

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Investigating the Dynamic Viscoelasticity of Single Polymer Chains using Atomic Force Microscopy

Liang

Nakajima

2019

J Polym Sci B Polym Phys

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“…Unbekannte Moleküle kçnnen planarisiert werden, indem man nichtplanare Gruppen oder solche,d ie eine sterische Hinderung darstellen, dissoziieren lässt. Einzelmoleküle kçnnen Umschaltverhalten zeigen, je nach Art der geschlossenen Bindung, [114,119,[134][135][136] der eingenommenen Adsorptionsgeometrie oder Molekülkonformation [83,[137][138][139][140][141] oder dem Ladungszustand. [133] Eine Dehydrierung oder die ¾nderung der Adsorptionsgeometrie durch Manipulation kann auch als "Fingerabdruck-"Methode zur Identifizierung von molekularen Einheiten verwendet werden.…”

Section: Manipulation Von Atomen Fürd Ie Molekülsyntheseunclassified

Rasterkraftmikroskopie für die molekulare Strukturaufklärung

et al. 2018

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Mit der Rastersondenmikroskopie kann man auf einer Oberfläche adsorbierte Moleküle individuell und mit hoher Auflösung untersuchen. Die Technik, die bei tiefen Temperaturen und im Ultrahochvakuum durchgeführt wird, liefert Informationen über Struktur, Konfiguration, Ladungszustand, Aromatizität und die Beteiligung von Resonanzstrukturen. Durch Funktionalisierung der Spitze eines Rasterkraftmikroskops mit einem CO‐Molekül können Einzelmoleküle mit atomarer Auflösung abgebildet werden, ihre Adsorptionsgeometrie kann gemessen und die Bindungsordnungen im Molekül können bestimmt werden. Mit der Rastertunnelmikroskopie und der Kelvinsondenkraftmikroskopie kann man zudem die Elektronendichte der molekularen Grenzorbitale bzw. die Ladungsverteilung innerhalb des Moleküls kartieren. In Kombination ergeben diese Methoden ein hochauflösendes Verfahren zur Identifizierung und Charakterisierung von Einzelmolekülen. Die Empfindlichkeit auf Einzelmoleküle sowie die Option, durch Manipulation von Atomen mit der Spitze des Mikroskops chemische Reaktionen auszulösen, eröffnen einzigartige chemische Anwendungsmöglichkeiten und heben die Rastersondenmikroskopie von den klassischen Methoden zur molekularen Strukturaufklärung heraus. Somit kann die Rasterkraftmikroskopie nicht nur bei der Identifizierung von schwer zu bestimmenden Naturstoffen helfen, sondern sie ist auch ein leistungsstarkes und besonders gut geeignetes Instrument, um Oberflächenreaktionen zu untersuchen und Radikale und molekulare Mischungen zu charakterisieren. In diesem Aufsatz zeigen wir auf, welche Entwicklung die hochauflösende Rastersondenmikroskopie mit funktionalisierter Spitze bei der molekularen Strukturaufklärung und ‐charakterisierung in den vergangenen Jahren genommen hat, und erörtern die Herausforderungen der kommenden Jahre.

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“…Activating a chemical bond, the most significant elementary step on electronic scales, represents advanced knowledge toward controlled chemistry forming a cornerstone for not only optimal catalysis but also nearly all branches of chemical physics ranging from extrinsic activation using controlled photons, electrons, or forces to intrinsic bond activation using adsorption systems . Generally, all strategies used to activate diatomic molecules of p‐block elements rely on manipulating their π and σ electrons, which lies in the heart of materials' performance of catalyzing a reaction.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Orbital mechanism of upright CO activation on Fe(100)

Oguzie

et al. 2019

Surface & Interface Analysis

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The knowledge of bond activation forms a cornerstone for modern chemistry, wherein symmetry rules of electronic activation lie in the heart of bond activation. However, the question as to how a chemical bond is activated remains elusive. By taking CO activated on Fe(100), herein, we have resolved the long‐standing fundamental question; we have found that excitations in the adsorbate feature the bond activation. We essentially have discovered contrasting electronic processes in respective σ and π electron systems of the adsorbed CO molecule. The σ electron system is involved in reversible hidden excitations/deexcitations between two occupied σ orbitals, whereas the π electron system is subject to irreversible π to π* excitations dispersed along the d‐band region, which is coupled to the rotational 2π electron couplings depending on the strength of molecule‐metal interactions. The σ excitations pertain to the Pauli repulsion mediated quantum nature with energy and entropy marked by the two energy levels, whereas the π to π* excitations fall into a new category of electronic excitations contributing to energy and entropy exchanges in a wide and continuous d‐band region. The findings that the internal states of the adsorbate are excited and that fundamental connections between the frontier orbitals and low‐lying orbitals are established as the molecule comes to the surface may open up new channels to realize more efficient bond activation and renew our thinking on probing the quantum mechanical nature of bond activation at surfaces with further possible impact on manipulation of orbital activation in femtochemistry and attochemistry.

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Force-induced tautomerization in a single molecule

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Investigating the Dynamic Viscoelasticity of Single Polymer Chains using Atomic Force Microscopy

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Rasterkraftmikroskopie für die molekulare Strukturaufklärung

Orbital mechanism of upright CO activation on Fe(100)

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