Mekanisk kraft som en ny måde at starte kemiske reaktioner på

Forskere har vist, at mekanisk kraft kan starte kemiske reaktioner, gør dem billigere, mere bredt anvendelig, og mere miljøvenlige end konventionelle metoder.

Kemiske reaktioner fremkaldes mest konventionelt ved at opvarme reaktionsblandingerne. Inden for de sidste ti år, der har været omfattende forskning i "photoredox-katalysatorer", der kan aktiveres af synligt lys og muliggør meget specifikke og effektive kemiske reaktioner. Imidlertid, disse reaktioner kræver ofte en stor mængde skadelige organiske opløsningsmidler, gør dem kun anvendelige på opløselige reaktanter.

Piezoelektriske materialer såsom bariumtitanat er kendt for at generere elektriske potentialer, når et mekanisk tryk påføres dem, derfor bruges de i mikrofoner og lightere. I den aktuelle undersøgelse offentliggjort i Videnskab , forskerholdet ledet af Hajime Ito og Koji Kubota fra Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) ved Hokkaido University beviste, at dette elektriske potentiale også kan bruges til at aktivere kemiske reaktioner. "I vores system, vi bruger den mekaniske kraft fra en kuglemølle til at aktivere et piezoelektrisk materiale til redoxreaktioner, samtidig med at man eliminerer brugen af ​​organisk opløsningsmiddel, " siger Koji Kubota. De kalder det en mekanoredoxreaktion i modsætning til en fotoredoxreaktion.

Holdet demonstrerede, at elektriske potentialer afledt af piezoelektrisk materiale (BaTiO3) aktiverer en forbindelse kaldet aryldiazoniumsalte, der genererer meget reaktive radikaler. Radikalerne gennemgår bindingsdannende reaktioner såsom arylerings- og boryleringsreaktioner - som begge er vigtige i syntetisk kemi - med høj effektivitet. Holdet viste også, at boryleringsreaktionen kunne opstå ved at slå blandingen i en plastikpose med en hammer.

"Dette er det første eksempel på arylerings- og boryleringsreaktioner ved hjælp af mekanisk induceret piezoelektricitet, " siger Koji Kubota. "Vores opløsningsmiddelfri system ved hjælp af en kuglemølle har gjort det muligt for os at fjerne organiske opløsningsmidler, gør reaktionerne nemmere at håndtere, mere miljøvenlig, og anvendelig selv for reaktanter, der ikke kan opløses i reaktionsopløsningsmidlet." De kunne også genbruge bariumtitanatet og opnå bedre udbytter end fotoredox-reaktioner, yderligere at øge attraktiviteten af ​​denne tilgang.

"Vi undersøger nu tunbarheden af ​​det mekanisk genererede elektriske potentiale. Sammen med beregningsmæssige forudsigelser, vi sigter mod at udvide anvendeligheden af ​​denne teknik, " siger Hajime Ito. "Vores mål er at komplementere eller i det mindste delvist erstatte eksisterende photoredox-tilgange og levere et miljøvenligt og omkostningseffektivt alternativ til brug i industriel organisk syntese."