Радикально новый подход в синтетической химии

Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) помогли измерить, как неспаренные электроны в атомах на одном конце молекулы могут управлять химической реактивностью на противоположной стороне молекулы. Как описано в статье, недавно опубликованной в Журнал Американского химического обществаЭта работа, проведенная в сотрудничестве с Принстонским университетом, показывает, как молекулы, содержащие эти так называемые свободные радикалы, могут быть использованы в совершенно новом классе реакций.


«Большинство реакций с участием свободных радикалов происходят на месте неспаренного электрона», — объяснил химик Брукхейвенской лаборатории Мэтью Берд, один из соавторов статьи. Команда из Принстона стала экспертом в использовании свободных радикалов для ряда синтетических применений, таких как переработка полимеров. Но они задавались вопросом, могут ли свободные радикалы влиять на реактивность других частей молекулы, вытягивая электроны из этих более удаленных мест.

«Наши измерения показывают, что эти радикалы могут оказывать мощное «электроноакцепторное» действие, которое делает другие части молекулы более реактивными», — сказал Бёрд.

Команда из Принстона продемонстрировала, как это дальнее притяжение может преодолевать энергетические барьеры и объединять нереакционноспособные молекулы, что потенциально может привести к новому подходу к синтезу органических молекул.

Объединение возможностей

Исследование опиралось на объединенные ресурсы Исследовательского центра DOE Energy Frontier Research Center (EFRC) под руководством Принстона, специализирующегося на биоинспирированной легкой эскалированной химии (BioLEC). Сотрудничество объединяет ведущих химиков-синтетиков с группами, обладающими передовыми спектроскопическими методами изучения реакций. Его финансирование было недавно возобновлено еще на четыре года.

Роберт Ноулз, который возглавлял Принстон в этом исследовании, сказал: «Этот проект является примером того, как объединенный опыт BioLEC позволил команде количественно оценить важное физическое свойство этих радикальных видов, что, в свою очередь, позволило нам разработать результирующую синтетическую методологию. “

Основным вкладом команды Брукхейвена является метод, называемый импульсным радиолизом, который доступен только в Брукхейвене и еще в одном месте в США.

«Мы используем Лазерный ускоритель электронов (LEAF) — часть Ускорительного центра энергетических исследований (ACER) в Брукхейвенском химическом отделе — для генерации интенсивных импульсов электронов высокой энергии», — пояснил Берд. «Эти импульсы позволяют нам добавлять или вычитать электроны из молекул для создания реактивных частиц, которые может быть трудно получить с помощью других методов, включая короткоживущие промежуточные продукты реакции. С помощью этого метода мы можем вступить в одну часть реакции и следить за тем, что происходит. .”