En skjult elektronisk overgang S0 til Tn i tung-atomholdige molekyler

Forskere i Japan har opdaget S0→Tn, en tidligere overset elektronisk overgang i fotoreaktioner, der forekommer i tung-atomholdige molekyler udsat for synligt lys. Undersøgelsen blev offentliggjort online i Angewadte Chemie International Edition den 9. marts, 2020.

I de seneste år, forskere har været meget opmærksomme på teknikker til bearbejdning af materialer ved hjælp af synligt lys, fordi dette er sikrere og lettere at håndtere end at bruge andre lyskilder, såsom UV-lys. Nøglen i sådanne teknologier er at kontrollere fotoreaktionen for at opnå de tilsigtede strukturelle ændringer i materialet.

"Vi har studeret mekanismen for fotoreaktioner i grundlæggende syntetisk organisk kemi, men der har altid været et mysterium; fotoreaktioner fremmes i molekyler indeholdende jod under bestråling med lys fra det ikke-absorberende område. For fuldt ud at forstå og være i stand til at kontrollere fotoreaktioner i materialer, vi var nødt til at løse dette mysterium, " siger Tetsuhiro Nemoto, en professor ved Graduate School of Pharmaceutical Sciences ved Chiba University i Japan.

Forskergruppen ledet af Nemoto og Masaya Nakajima, en adjunkt, undersøgte emissionskarakteristika, såsom absorptionsbølgelængde, fluorescens, og fosforescens, i jodholdige molekyler. Bølgelængden af ​​excitationslys, der kræves til phosphorescens ved 550 nm, varierede fra 230 til 410 nm, selvom der næsten ikke blev observeret noget absorptionsbånd ved bølgelængder over 320 nm.

Desuden, når absorptionsbølgelængden af ​​højkoncentrationsprøver blev målt ved hjælp af en 10 cm celle, 10 gange så lang tid som en normal, en SO→Tn absorber blev observeret. Med disse fysiske resultater, det lykkedes for forskergruppen at bevise eksistensen af ​​S0 →Tn-overgangen i de jodholdige molekyler.

Interessant nok, gruppen fandt også, at radikale reaktioner, der specifikt forekommer i fotoreaktioner med synligt lys, var et almindeligt kemisk fænomen, ikke kun med jod (I), men også med tungatomholdige molekyler såsom brom (Br) og bismuth (Bi).

Baseret på disse fysiske og kemiske fund, vi skal forny vores forståelse af S0→Tn, som ifølge gældende lærebøger, spiller ikke hovedrollen som en mekanisme bag fotoreaktioner.

"I fremtiden, vi forventer, at denne fotoreaktionsmekanisme vil føre til design af nye molekyler og reaktioner inden for forskellige forskningsfelter, " siger Nakajima.