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    全新化學反應率先破壞最強化學鍵 可形成全新中間體

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      美國普林斯頓大學的研究人員選用催化劑對系統,通過兩種催化劑的協同作用,首先斷開了質子偶合電子轉移反應(PCET)中分子內的最強化學鍵:氮—氫鍵(N-H)。許多重要的生物系統比如光合作用系統和呼吸系統,都是利用PCET來破壞化學強鍵。由于現在還無法得知PCET中都有哪些催化劑,這一原理在合成新分子中還沒有得到推廣。

      據物理學家組織網報道,研究人員選用了一個簡單的數學公式,這個公式能幫他們精確算出任何一對催化劑協同作用時斷開的最強化學鍵強度,他們將其命名為“有效鍵強值”。

      研究人員在實驗室驗證了這一公式的高效:有效鍵強值與反應效率之間存在嚴重相關性。當有效鍵強值比氮—氫鍵強度值高或者低時,中間體產量會很低;而當這兩個數值相同時,就會獲得非常高的中間體產量。

      論文主要作者吉爾伯特·蔡成功找到了這對神奇的催化劑系統,并深入研究了這一催化劑對的作用機理。他發現,其中的催化劑磷酸二丁酯最先啟動化學反應,它能將氮—氫鍵中的氫原子不斷拉開,讓氮—氫鍵越來越長,從而逐漸變弱;另一種催化劑金屬銥復合物靶向作用弱化后的氮—氫鍵,從化學鍵的電子對中“拽”走一個電子,將化學鍵從中間切斷。

      氮—氫鍵斷開后,獲得的氮中間體非?;钴S,可與碳結合形成碳—氮鍵,產生結構更復雜的化學產物。新研究在沒有發現PCET催化劑真面目的情況下,提供了研發全新化學反應的平臺,甚至能開創更大的價值。

      領導這一研究的化學副教授羅伯特·勞勒斯表示,這一理念將開啟全新的化學領域。


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