Các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ nhiễu xạ điện tử cực nhanh để ghi lại cấu trúc của cực tiểu quanh chu kỳ, "trạng thái chuyển tiếp" của phản ứng điện vòng. Trong các phản ứng hóa học, các phân tử đi qua các dạng hình học quan trọng khi chúng chuyển đổi từ chất phản ứng sang sản phẩm phản ứng. Trong hóa học, hình học đề cập đến sự sắp xếp của các nguyên tử trong phân tử. Các nhà khoa học thường coi hình học tới hạn của phản ứng là trạng thái chuyển tiếp. Tuổi thọ của trạng thái này gần như ngắn đến mức không thể hiểu được, chưa đến một phần triệu giây.
Minh họa của nghệ sĩ về cấu trúc "trạng thái chuyển tiếp" quang hóa quan sát được (ở giữa). Trạng thái này kéo dài chưa đến một phần triệu giây. Nguồn hình ảnh: Được phép của Greg Stewart, Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC
Các nhà khoa học gần đây đã chụp được những hình học quan trọng bằng cách sử dụng "máy ảnh điện tử" tốc độ cực cao của SLAC. Kết hợp với các mô phỏng lượng tử của phản ứng, các nhà nghiên cứu đã xác định được cấu trúc quan trọng là một đầu của phân tử bị bẻ cong khỏi phần còn lại của phân tử.
Các nhà hóa học sử dụng phản ứng được nghiên cứu trong nghiên cứu này, gọi là phản ứng điện tuần hoàn, vì nó tạo ra các sản phẩm phản ứng rất đặc hiệu. Những sản phẩm này có thể được dự đoán bằng quy tắc Woodward-Hoffman. Những quy tắc này đã đoạt giải Nobel Hóa học năm 1981 và được giảng dạy trong chương trình đào tạo đại học của mọi nhà hóa học hữu cơ.
Tuy nhiên, các quy tắc này không giải thích chi tiết tại sao một phản ứng chỉ tạo ra một sản phẩm phản ứng cụ thể. Các kết quả mới giúp giải quyết câu hỏi mở này. Ngoài ra, chúng còn mở đường cho các nhà nghiên cứu tạo ra các quy tắc mới cho các loại phản ứng khác. Điều này giúp hóa học hữu cơ trở thành một công cụ mạnh mẽ hơn.
Phản ứng điện hóa được đặc trưng bởi sự hình thành và phân ly đồng thời của nhiều liên kết hóa học thông qua một dạng hình học tới hạn. Trong phân tử được nghiên cứu trong dự án này, alpha-terpinene, hai liên kết đôi và một liên kết đơn được chuyển đổi thành ba liên kết đôi. Cấu hình đồng bộ và quan trọng duy nhất của các quá trình này đảm bảo tính đặc hiệu lập thể của chúng, một đặc tính khiến chúng trở thành công cụ quan trọng trong hóa học tổng hợp. Tính đặc hiệu lập thể có thể được dự đoán bằng quy tắc Woodward-Hoffman nổi tiếng.
Nghiên cứu này kết hợp nhiễu xạ electron cực nhanh và mô phỏng động học phản ứng α-terpinene để nghiên cứu phản ứng mở vòng điện hóa quang hóa (tức là được kích hoạt bằng ánh sáng). Tính đặc hiệu lập thể của các phản ứng trong α-terpen được đảm bảo bởi hai đầu của sản phẩm phản ứng dây chuyền mới nổi quay ra xa nhau theo cùng chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ, như được dự đoán bởi quy tắc Woodward-Hoffmann.
Kết quả mới cho thấy gốc rễ của tính đặc hiệu lập thể không nằm ở bản chất chính xác của chuyển động. Đúng hơn, tính đặc hiệu lập thể được xác định bởi thực tế là sự thay đổi từ hai thành ba liên kết đôi đã xảy ra ở mức độ lớn khi phân tử có dạng hình học tới hạn. Sự phân ly liên kết đơn dẫn đến mở vòng α-terpinene xảy ra trong quá trình chuyển phân tử từ dạng hình học tới hạn sang sản phẩm phản ứng.