研究人员开发光驱动方法生成活性氢原子以促进无金属化学合成

研究人员开发出一种光驱动的方法，以生成高度反应性的氢原子，用于化学合成。这项技术在温和条件下生产单个氢原子，解决了制备和使用这些反应性粒子的一个长期挑战。单个氢原子最早由诺贝尔奖得主厄文·朗缪尔在一个世纪前首次产生，但由于它们与其他物质反应迅速，因此难以利用。德国马克斯·普朗克胶体与界面研究所、伦敦大学学院及伦敦帝国学院的研究人员利用这些生成的原子，在无金属的情况下还原有机分子，这为在更温和条件下进行化学转化提供了一种潜在的方法。

这项技术使研究人员能够在温和条件下生产高度反应性的单个氢原子，并将其用于还原有机分子。这一方法有助于化学家研究原子氢的不同寻常的反应性，并探索其在其他化学反应中的潜力。氢是元素周期表中最简单的元素，拥有一个质子和一个电子。然而，当它以单个原子或分子存在时，其行为会发生变化。在实验室中，氢通常以 H₂ 的形式出现，这是一种由两个氢原子结合而成的稳定分子。单个氢原子，表示为 H•，则具有更高的反应性，难以制备和控制。

其高反应性使其在化学合成中难以利用。

新方法生成氢原子

马克斯·普朗克胶体与界面研究所的首席作者尼尔斯·J·弗洛登表示：“从化学的角度来看，氢原子非常简单，但它的反应性却极为强烈。”因此，研究人员寻求一种方法，以在能够将其反应性引导至特定化学转化的条件下生成原子氢。新的方法结合了肼和一种硫酚衍生物，然后将混合物暴露于光线下。光提供了触发两种分子之间电子转移所需的能量。值得注意的是，研究显示这一过程生成了一种短暂的中间体，属于一类称为里德堡自由基的化合物。

这一中间体存在约 13 皮秒，或 13 兆分之一秒。随着里德堡分子的衰变，它释放出一个氢自由基，可以参与化学反应。

氢自由基的应用

该团队利用通过光驱动过程生成的氢自由基，在无金属的情况下，在温和条件下还原了几种有机分子。测试的化合物包括高度官能化的烯烃和卤素化合物。根据研究人员的说法，还原反应在有机化学中非常重要，因为它们使化学家能够通过添加氢或改变分子的电子结构来修饰分子。在受控条件下生成反应性氢，可以为这些转化提供另一种工具。马克斯·普朗克胶体与界面研究所生物分子系统系主任彼得·H·西贝格表示：“对有机化学而言，新化学中间体的发现开启了新的可能性。

随着这项工作的推进，原子氢成为合成化学家的实用工具。”

研究人员将此方法视为进一步研究的起点，而非仅限于已展示的还原反应的解决方案。原子氢的不同寻常反应性在有机化学的其他领域及生物科学中可能也具有潜在的应用价值。进一步的研究将需要确定这一技术的应用范围有多广。

光驱动技术对化学合成的影响

这项光驱动技术的开发标志着化学合成领域的一个重要进步。生成的活性氢原子能在无金属的情况下进行有机分子的还原，这不仅解决了以往制备和控制氢原子的挑战，还为化学转化提供了新工具。氢的高反应性使其在化学合成中具有潜力，尤其是在有机化学和生物科学领域。随着进一步的研究，这项技术可能会扩展至更广泛的应用，推动相关领域的发展。