Mithilfe der Myonenspin-Rotationsspektroskopie gelang es Forschern aus Japan und Kanada, die rasante Umwandlung eines Imidoylradikals in ein Chinoxalinylradikal innerhalb von Nanosekunden zu beobachten. Die Technik ermöglichte die Echtzeit-Detektion eines hochreaktiven aromatischen heterocyclischen Radikals, das bei der Isocyanid-Insertionsreaktion entsteht , wobei Muonium als molekularer Marker diente. Die Entdeckung dürfte die partikelgetriebene Radikalchemie voranbringen – sie ermöglicht die Erforschung funktioneller Eigenschaften und bietet neue Strategien für molekulare Transformationsreaktionen.
Radikale sind hochreaktive und kurzlebige chemische Zwischenprodukte, die eine zentrale Rolle in der organischen Synthese, im Materialdesign und in der biomolekularen Chemie spielen. Aufgrund ihrer extrem kurzen Lebensdauer sind sie jedoch oft schwer direkt zu beobachten, insbesondere wenn Reaktionen in Milliardstel Sekunden ablaufen. Die Echtzeitbeobachtung dieser Radikale ermöglicht die Erforschung verschiedener funktioneller Eigenschaften und Reaktionsmechanismen offener Elektronenschalen und eröffnet damit neue Wege in der organischen Chemie. Die Erfassung dieser Radikale stellt daher seit Langem eine Herausforderung in der Molekülchemie dar.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelte ein Forschungsteam unter der Leitung von Associate Professor Shigekazu Ito vom Department of Chemical Science and Engineering am Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), Japan, zusammen mit dem Doktoranden Kazuki Iwami von Science Tokyo und den Wissenschaftlern Dr. Kenji M. Kojima und Dr. Iain McKenzie von TRIUMF, Kanada, eine neue Strategie zur Beobachtung von Radikalen in Echtzeit.
Sie nutzten eine fortschrittliche Technik namens Transversale Feld-Myonen-Spin-Rotationsspektroskopie (TF-µSR), die von Myonen (subatomaren Teilchen) emittierte Positronen detektiert, um Reaktionszwischenprodukte auf atomarer Ebene zu analysieren. Ihre Studie, die am 24. November 2025 online in Chemistry – A European Journal veröffentlicht wurde , zeigt den erfolgreichen Nachweis eines Chinoxalinylradikals, das in einer Reaktion auf Isocyanidbasis entstanden ist.
Muonium ist ein leichtes Wasserstoffisotop, das entsteht, wenn ein Myon ein Elektron einfängt. Um die Radikalzwischenprodukte in Echtzeit zu beobachten, markierten die Forscher zunächst das Ausgangsmolekül 1,2-Diisocyanobenzol mit Muonium, um dessen Reaktion Schritt für Schritt zu verfolgen. Mithilfe der TF-µSR-Spektroskopie, die die Signale des Myonzerfalls detektiert, konnten die Forscher beobachten, wie Muonium ein Imidoylradikal bildete, das sich nahezu augenblicklich zu einem cyclisierten Chinoxalinylradikal faltete – ein Vorgang, der innerhalb weniger Milliardstel Sekunden ablief.
