نوآوری غیرممکن: دانشمندان اولین واکنش ردوکس دومینو را منتقل کردند
نوآوری غیرممکن: دانشمندان اولین واکنش ردوکس دومینو را منتقل کردند -برای اولین بار، دانشمندان موفق به انتقال اثری به نام واکنش دومینو با استفاده از شیمی ردوکس شدند.
واکنش‌های دومینو زمانی اتفاق می‌افتد که تبدیل یک گروه شیمیایی واکنش گروه متصل دیگر یا مولکول دیگری را تحریک می‌کند و منجر به یک اثر ضربه‌ای سریع در سیستم می‌شود، مانند ردیفی از دومینوهای در حال سقوط.
محققان دانشگاه هوکایدو اکنون به اولین نمونه از واکنش دومینو در شاخه شیمی به نام شیمی ردوکس دست یافته اند.
آشنایی با شیمی ردوکس
واژه ردوکس از «کاهش» که به افزایش الکترون‌ها اشاره دارد و «اکسیداسیون» که به از دست دادن الکترون‌ها اشاره دارد، می‌آید. بنابراین واکنش های ردوکس فرآیندهای انتقال الکترون هستند.
یوسوکه ایشیگاکی شیمیدان از تیم هوکایدو می‌گوید: «مشکل در دستیابی به واکنش‌های دومینو در فرآیندهای ردوکس این است که انتقال الکترون، به‌ویژه انتقال چند الکترونی، گونه‌هایی با بار الکتریکی تولید می‌کند که برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی آنها می‌تواند مانع از تغییرات بیشتر شود».
طراحی مولکولی نوآورانه
برای غلبه بر موانع، محققان یک مولکول دو بخشی طراحی کردند که وقتی یک قسمت بین حالت های الکتریکی خنثی (کاهش یافته) و بار مثبت (اکسید شده) تبدیل می شود، دچار تغییر ساختاری قابل توجهی می شود. این تغییر ساختاری یک اثر شیمیایی را به قسمت دیگر مولکول منتقل می کند که احتمال اکسیداسیون خود را بیشتر می کند.
مولکولی که آنها طراحی کردند شامل دو واحد نسبتاً بزرگ ردوکس فعال است که توسط یک پیوند انعطاف پذیر غیرمسطح تشکیل شده توسط اتم های گوگرد به هم متصل شده اند.
هنگامی که یکی از واحدهای جفت شده الکترون ها را از دست می دهد (اکسید می شود)، دو بار مثبت به دست می آورد که به عنوان محرک عمل می کند و باعث می شود قسمت دیگر مولکول به دور هسته بپیچد.
تغییر در وضعیت الکترون‌ها در این شکل پیچ خورده از شکل تا شده اولیه، فرآیند اکسیداسیون را تسهیل می‌کند تا در گروه همسایه رخ دهد و به اثر دومینو دست یابد.
کاربردهای بالقوه و پیامدهای آینده
شروع اولیه واکنش را می توان با افزایش دما آغاز کرد که ابزاری برای کنترل ارائه می دهد.
اگرچه این اثر تنها تا کنون در یک مولکول دو بخشی نشان داده شده است، محققان پیشنهاد می‌کنند که در نهایت ممکن است برای انتقال تبدیل‌های ردوکس موج مانند در مولکول‌های بسیار بزرگ‌تر با بسیاری از واحدهای «دومینو» به هم مرتبط استفاده شود.
کاربردهای این کشف ممکن است در آینده دور باشد، اما به وضوح برخی احتمالات کلی وجود دارد.
برای مثال، دگرگونی‌های الکتریکی و ساختاری که در زنجیره‌های مولکولی حرکت می‌کنند، می‌توانند به بخش‌های متحرک در مقیاس نانو سیستم‌های محاسباتی شیمیایی و حسگرها تبدیل شوند.
همچنین کاربردهای احتمالی در سیستم‌های باتری جدید مورد نیاز برای پشتیبانی از انتقال مداوم به فناوری‌های انرژی الکتریکی تجدیدپذیر وجود دارد.
ایشیگاکی می‌گوید: «کنترل ارائه شده توسط گرمایش و سرمایش می‌تواند در بسیاری از زمینه‌ها برای ساخت مواد جدید با ویژگی‌های الکترونیکی قابل تعویض، به‌ویژه مواردی که شامل انتقال چند الکترون هستند، استفاده شود.
ایشیگاکی نتیجه می‌گیرد: «نشان دادن چیزی که هیچ‌کس قبلاً به آن دست نیافته بود، بسیار چالش‌برانگیز بود، اما بسیار رضایت‌بخش بود، و اکنون امیدواریم که به سمت سیستم‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر حرکت کنیم که شامل افزایش انتقال الکترون است».
مرجع: “واکنش دومینو ردوکس ناشی از تغییر ساختاری الکتروشیمیایی ایجاد شده” توسط تاکاشی هاریموتو، توموکی تادوکورو، سوئیچیرو سوگیاما، تاکانوری سوزوکی و یوسوکه ایشیگاکی، 16 نوامبر 2023، Angewandte Chemie International Edition .
DOI: 10.1002/anie.202316753
