Overførsel af en dominoreaktion ved hjælp af redoxkemi opnået for første gang

Dominoreaktioner opstår, når transformationen af ​​en kemisk gruppe stimulerer reaktionen af ​​en anden vedhæftet gruppe eller et andet molekyle, hvilket fører til en hurtig afsmittende effekt gennem systemet som en række af faldende dominobrikker. Forskere ved Hokkaido Universitet har nu opnået det første eksempel på en dominoreaktion i den gren af ​​kemi, der kaldes redoxkemi.

Artiklen er offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

Udtrykket redox kommer fra "reduktion", der henviser til forstærkningen af ​​elektroner, og "oxidation", der henviser til tabet af elektroner. Redoxreaktioner er derfor elektronoverførselsprocesser.

"Problemet med at opnå domino-reaktioner i redoxprocesser er, at elektronoverførslen, især multi-elektronoverførsel, producerer elektrisk ladede arter, hvis elektrostatiske interaktioner kan hæmme yderligere forandring," siger kemiker Yusuke Ishigaki fra Hokkaido-teamet.

For at overvinde forhindringerne designet forskerne et todelt molekyle, der undergår en betydelig strukturel ændring, når en del omdannes mellem dets elektrisk neutrale (reducerede) og positivt ladede (oxiderede) tilstande. Denne strukturelle ændring overfører en kemisk effekt til den anden del af molekylet, som gør dets egen oxidation mere sandsynlig.

Molekylet, de designede, består af to relativt store redoxaktive enheder, der er forbundet med et ikke-plant fleksibelt led dannet af svovlatomer. Når en af ​​de parrede enheder mister elektroner (oxideres), får den to positive ladninger, som fungerer som udløseren, der får den anden del af molekylet til at sno sig rundt om kernen. En ændring i elektronernes tilstand i denne snoede form fra den oprindelige foldede form letter derefter oxidationsprocessen i den tilstødende gruppe, hvorved dominoeffekten opnås.

Den indledende udløsning af reaktionen kan initieres af en temperaturstigning, hvilket giver mulighed for kontrol. Selvom denne effekt kun hidtil er blevet påvist inden for et todelt molekyle, foreslår forskerne, at det i sidste ende kan bruges til at transmittere bølgelignende redoxtransformationer i meget større molekyler med mange af "domino"-enhederne forbundet med hinanden.

Anvendelser af opdagelsen kan ligge langt ude i fremtiden, men der er helt klart nogle generelle muligheder. Elektriske og strukturelle transformationer, der bevæger sig gennem molekylære kæder, kan for eksempel blive de nanoskala bevægelige dele af kemiske beregningssystemer og sensorer. Der er også mulige anvendelser i de nye batterisystemer, der er nødvendige for at understøtte den igangværende overgang til vedvarende elektrisk energiteknologi.

"Den styring, der tilbydes af opvarmning og afkøling, kan bruges på mange områder til at fremstille nye materialer med elektroniske egenskaber, der kan skiftes, især dem, der involverer multi-elektronoverførsel," siger Ishigaki.

"Det var meget udfordrende, men også meget tilfredsstillende, at demonstrere, hvad ingen havde opnået før, og vi håber nu at bevæge os ind i større og mere komplekse systemer, der involverer øget elektronoverførsel," slutter Ishigaki.

Flere oplysninger: Takashi Harimoto et al., Domino-Redox Reaction Induced by An Electrochemically Triggered Conformational Change, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316753

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af Hokkaido University