นักวิจัยพัฒนาวิธีการขับเคลื่อนด้วยแสงเพื่อสร้างอะตอมไฮโดรเจนที่มีปฏิกิริยา เพื่อส่งเสริมการสังเคราะห์เคมีแบบไม่ใช้โลหะ

นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการขับเคลื่อนด้วยแสง เพื่อสร้างอะตอมไฮโดรเจนที่มีปฏิกิริยาสูง สำหรับการสังเคราะห์เคมี เทคโนโลยีนี้ผลิตอะตอมไฮโดรเจนเดี่ยวภายใต้เงื่อนไขอ่อนโยน แก้ไขความท้าทายที่ยาวนานในการเตรียมและใช้อนุภาคที่มีปฏิกิริยานี้ อะตอมไฮโดรเจนเดี่ยวถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกโดยผู้ได้รับรางวัลโนเบล Irving Langmuir เมื่อหนึ่งศตวรรษก่อน แต่เนื่องจากมันมีปฏิกิริยากับสารอื่นๆ อย่างรวดเร็ว จึงยากต่อการนำไปใช้ นักวิจัยจาก Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, University College London และ Imperial College London ได้ใช้อนุภาคเหล่านี้ที่สร้างขึ้น เพื่อลดอนุกรมโมเลกุลอินทรีย์โดยไม่ใช้โลหะ ซึ่งมอบวิธีที่เป็นไปได้สำหรับการเปลี่ยนแปลงเคมีภายใต้เงื่อนไขที่อ่อนโยนกว่า

เทคโนโลยีนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถผลิตอะตอมไฮโดรเจนเดี่ยวที่มีปฏิกิริยาสูงภายใต้เงื่อนไขอ่อนโยน และนำไปใช้ลดอนุกรมโมเลกุลอินทรีย์ วิธีนี้ช่วยให้นักเคมีศึกษาปฏิกิริยาที่แตกต่างจากปกติของอะตอมไฮโดรเจน และสำรวจศักยภาพของมันในปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เรียบง่ายที่สุดในตารางธาตุ週期 มีโปรตอนหนึ่งและอิเล็กตรอนหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เมื่อมันมีอยู่ในรูปแบบอะตอมเดี่ยวหรือโมเลกุล พฤติกรรมของมันจะเปลี่ยนไป ในห้องปฏิบัติการ ไฮโดรเจนมักปรากฏในรูปแบบ H₂ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เสถียรประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมที่ผูกกัน อะตอมไฮโดรเจนเดี่ยว แทนด้วย H• มีปฏิกิริยาสูงกว่า ยากต่อการเตรียมและควบคุม

ปฏิกิริยาสูงของมันทำให้ยากต่อการนำไปใช้ในการสังเคราะห์เคมี

วิธีใหม่สร้างอะตอมไฮโดรเจน

ผู้เขียนหลัก Niels J. Floejen จาก Max Planck Institute of Colloids and Interfaces กล่าวว่า: "จากมุมมองของเคมี อะตอมไฮโดรเจนเรียบง่ายมาก แต่ปฏิกิริยาของมัน lạiรุนแรงมาก" ดังนั้น นักวิจัยจึงมองหาวิธีการสร้างอะตอมไฮโดรเจนภายใต้เงื่อนไขที่สามารถนำปฏิกิริยาของมันไปสู่การเปลี่ยนแปลงเคมีเฉพาะเจาะจงได้ วิธีใหม่รวม hydrazine และ thiophenol derivative เข้าด้วยกัน แล้วนำสารผสมไปสัมผัสกับแสง แสงให้พลังงานที่จำเป็นในการกระตุ้นการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างโมเลกุลทั้งสอง สิ่งที่น่าสนใจคือ การวิจัยแสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้สร้างสารกลางชั่วคราว ซึ่งเป็นประเภทหนึ่งของสารที่เรียกว่า Rydberg radicals

สารกลางนี้มีอยู่ประมาณ 13 พิโควินาที หรือ 13 ล้านล้านส่วนของวินาที เมื่อโมเลกุล Rydberg สลายตัว มันจะปล่อยไฮโดรเจนรีดิคัลออกมา ซึ่งสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีได้

การประยุกต์ใช้ไฮโดรเจนรีดิคัล

ทีมวิจัยใช้ไฮโดรเจนรีดิคัลที่สร้างขึ้นจากกระบวนการขับเคลื่อนด้วยแสง เพื่อลดอนุกรมโมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด โดยไม่ใช้โลหะ ภายใต้เงื่อนไขอ่อนโยน สารที่ทดสอบรวมถึง alkene ที่มี官能团สูงและ halogen compounds ตามที่นักวิจัยกล่าว ปฏิกิริยาการลดอนุกรมในเคมีอินทรีย์มีความสำคัญมาก เนื่องจากช่วยให้นักเคมีสามารถปรับเปลี่ยนโมเลกุลได้โดยการเพิ่มไฮโดรเจนหรือเปลี่ยนโครงสร้างอิเล็กตรอนของโมเลกุล การสร้างไฮโดรเจนที่มีปฏิกิริยาภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุมได้ สามารถมอบเครื่องมืออีกทางหนึ่งสำหรับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ Peter H. Seeberger หัวหน้าภาควิชาระบบชีวโมเลกุล Max Planck Institute of Colloids and Interfaces กล่าวว่า: "สำหรับเคมีอินทรีย์ การค้นพบสารกลางเคมีใหม่ได้เปิดโอกาสใหม่ๆ ขึ้นมา

พร้อมกับความก้าวหน้าของงานนี้ อะตอมไฮโดรเจนกลายเป็นเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงสำหรับนักเคมีสังเคราะห์"

นักวิจัยมองว่าวิธีนี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการวิจัยต่อไป ไม่ใช่แค่โซลูชันสำหรับปฏิกิริยาลดอนุกรมที่แสดงออกมาแล้ว ปฏิกิริยาที่แตกต่างจากปกติของอะตอมไฮโดรเจน อาจมีศักยภาพการประยุกต์ใช้ในด้านอื่นๆ ของเคมีอินทรีย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพด้วย การวิจัยเพิ่มเติมจะต้องระบุว่าเทคโนโลยีนี้มีขอบเขตการประยุกต์ใช้กว้างแค่ไหน

ผลกระทบของเทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยแสงต่อการสังเคราะห์เคมี

การพัฒนาเทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยแสงนี้ เป็นการก้าวหน้าสำคัญในสาขาการสังเคราะห์เคมี อะตอมไฮโดรเจนที่มีปฏิกิริยาที่สร้างขึ้น สามารถลดอนุกรมโมเลกุลอินทรีย์โดยไม่ใช้โลหะ ซึ่งไม่เพียงแต่แก้ไขความท้าทายในการเตรียมและควบคุมอะตอมไฮโดรเจนในอดีต แต่ยังมอบเครื่องมือใหม่สำหรับการเปลี่ยนแปลงเคมี ปฏิกิริยาสูงของไฮโดรเจนทำให้มันมีศักยภาพในการสังเคราะห์เคมี โดยเฉพาะในสาขาเคมีอินทรีย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ด้วยการวิจัยเพิ่มเติม เทคโนโลยีนี้อาจขยายไปสู่การประยุกต์ใช้ที่กว้างขึ้น และขับเคลื่อนการพัฒนาของสาขาที่เกี่ยวข้อง