Ein radikal neuer Ansatz in der synthetischen Chemie

Ein radikal neuer Ansatz in der synthetischen Chemie

Newswise – Upton, NY – Wissenschaftler des Brookhaven Nationwide Laboratory des US-Energieministeriums halfen zu messen, wie ungepaarte Elektronen in Atomen an einem Ende eines Moleküls eine chemische Reaktion auf der gegenüberliegenden Seite des Moleküls antreiben können. Wie in a beschrieben Papier Es wurde kürzlich in veröffentlicht Zeitschrift der American Chemical SocietyDiese in Zusammenarbeit mit der Princeton College durchgeführte Arbeit zeigt, wie Moleküle, die diese sogenannten freien Radikale enthalten, in einer ganz neuen Klasse von Reaktionen eingesetzt werden können.

“Die meisten Reaktionen, an denen freie Radikale beteiligt sind, finden an der Stelle der ungepaarten Elektronen statt”, erklärte Matthew Beard, Chemiker am Brookhaven Lab, einer der Co-Autoren der Veröffentlichung. Das Princeton-Staff hat sich zu Experten für die Verwendung freier Radikale für eine Reihe von synthetischen Anwendungen entwickelt, beispielsweise für das Polymerrecycling. Aber sie fragten sich, ob freie Radikale die Reaktion auch in anderen Teilen des Moleküls beeinflussen könnten, indem sie Elektronen von diesen weiter entfernten Stellen wegziehen.

“Unsere Messungen zeigen, dass diese Radikale starke ‘Elektronenentzugs’-Effekte ausüben können, die andere Teile des Moleküls reaktiver machen”, sagte Beard.

Das Staff der Princeton College hat gezeigt, wie ein solcher Langstreckenwiderstand Energiebarrieren überwinden und nicht reaktive Moleküle aggregieren kann, was zu einem neuen Ansatz für die Synthese organischer Moleküle führen könnte.

Kombinieren Sie Fähigkeiten

Die Forschung stützte sich auf die kombinierten Ressourcen des Frontiers of Power Analysis Middle des Princeton-geführten Energieministeriums (DOE), das sich auf Licht inspiriert von steigender Alchemie (Biolik). Diese Zusammenarbeit bringt Pioniere der synthetischen Chemie mit Gruppen zusammen, die über fortschrittliche Spektroskopietechniken zur Untersuchung von Reaktionen verfügen. Es wurde kürzlich finanziert Erneuert für weitere vier Jahre.

Robert Knowles, der die Princeton-Rolle bei dieser Forschung leitete, sagte: „Dieses Projekt ist ein Beispiel dafür, wie das kombinierte Fachwissen von BioLEC es dem Staff ermöglichte, eine wichtige physikalische Eigenschaft dieser Extremophilen zu identifizieren, was es uns wiederum ermöglichte, die resultierende Synthesemethodik zu entwickeln. ”

Der Hauptbeitrag des Brookhaven-Groups ist eine Technologie namens Pulsradiolyse, die nur in Brookhaven und an einem anderen Standort in den USA verfügbar ist

„Wir nutzen die Laser Electron Accelerator Facility (LEAF) – die Teil von ist Beschleunigerzentrum für Energieforschung (ACER) in Brookhavens Division of Chemistry – um intensive, hochenergetische elektronische Pulse zu erzeugen, erklärte Baird. “Diese Pulse ermöglichen es uns, Elektronen von Molekülen hinzuzufügen oder abzuziehen, um reaktive Spezies herzustellen, die sonst mit anderen Techniken schwer herzustellen wären, einschließlich kurzlebiger Reaktionszwischenprodukte. Mit dieser Technik können wir in einen Teil der Reaktion gehen und beobachten, was das passiert.”

Für die aktuelle Studie verwendete das Staff gepulste Radiolyse, um Moleküle mit sauerstofffokussierten Radikalen zu erzeugen, und maß dann die Auswirkungen des „Elektronenentzugs“ auf der anderen Seite des Moleküls. Sie maßen den Elektronenabzug, indem sie verfolgten, wie viel Sauerstoff auf der anderen Seite Protonen anzieht, die positiv geladenen Ionen, die in Lösung herumrollen. Baird erklärte, je größer die Anziehungskraft des Radikals sei, desto saurer müsse die Lösung sein, damit die Protonen an das Molekül binden können.

Die Brookhaven-Wissenschaftler fanden heraus, dass der Säuregehalt hoch sein musste, um den Protoneneinfang zu ermöglichen, was bedeutete, dass das Sauerstoffradikal eine sehr starke elektronenziehende Gruppe conflict. Das waren gute Nachrichten für das Princeton-Staff. Sie zeigten dann, dass es möglich ist, den “Elektronenentzugs”-Effekt von Sauerstoffradikalen auszunutzen, indem Teile von im Allgemeinen inerten Molekülen chemisch reaktiver gemacht werden.

„Das Sauerstoffradikal induziert eine vorübergehende ‚Polaritätsumkehr‘ innerhalb des Moleküls – was dazu führt, dass Elektronen, die normalerweise auf der anderen Seite bleiben wollen, sich zum Radikal bewegen, um die ‚ferne‘ Seite reaktiver zu machen“, erklärte Hen.

Diese Ergebnisse ermöglichten eine neuartige various Reaktion auf Ausgangsmaterialien auf Phenolbasis, um komplexere Phenolprodukte herzustellen.

“Dies ist ein großartiges Beispiel dafür, wie unsere Methode der gepulsten Radiolyse auf hochmoderne wissenschaftliche Probleme angewendet werden kann”, sagte Baird. “Wir haben uns sehr gefreut, einen hervorragenden Doktoranden, Nick Shin, von der Knowles Group für diese Zusammenarbeit aufzunehmen. Wir freuen uns auf weitere Kooperationsprojekte zu dieser Part-2-BioLEC und darauf, welche neuen Probleme wir mit der gepulsten Radiolyse untersuchen können.”

Die Rolle von Brookhaven Lab bei dieser Arbeit und EFRC in Princeton wurden vom Wissenschaftsbüro des Energieministeriums (BES) finanziert. Princeton erhielt zusätzliche Mittel für die Synthesearbeit von den Nationwide Institutes of Well being.

Das Brookhaven Nationwide Laboratory wird vom Workplace of Science des US-Energieministeriums unterstützt. Das Workplace of Science ist der größte Förderer der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den Vereinigten Staaten und arbeitet daran, einige der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Für weitere Informationen besuchen Sie science.energy.gov.

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