研究人員開發光驅動方法生成活性氫原子以促進無金屬化學合成

研究人員開發出一種光驅動的方法，以生成高度反應性的氫原子，用於化學合成。這項技術在溫和條件下生產單個氫原子，解決了準備和使用這些反應性粒子的一個長期挑戰。單個氫原子最早由諾貝爾獎得主厄文·朗繆爾在一個世紀前首次產生，但由於它們與其他物質反應迅速，因此難以利用。德國馬克斯·普朗克膠體與界面研究所、倫敦大學學院及倫敦帝國學院的研究人員利用這些生成的原子，在無金屬的情況下還原有機分子，這為在更溫和條件下進行化學轉化提供了一種潛在的方法。

這項技術使研究人員能夠在溫和條件下生產高度反應性的單個氫原子，並將其用於還原有機分子。這一方法有助於化學家研究原子氫的不同尋常的反應性，並探索其在其他化學反應中的潛力。氫是元素週期表中最簡單的元素，擁有一個質子和一個電子。然而，當它以單個原子或分子存在時，其行為會發生變化。在實驗室中，氫通常以 H₂的形式出現，這是一種由兩個氫原子結合而成的穩定分子。單個氫原子，表示為 H•，則具有更高的反應性，難以準備和控制。

其高反應性使其在化學合成中難以利用。

新方法生成氫原子

馬克斯·普朗克膠體與界面研究所的首席作者尼爾斯·J·弗洛登表示：「從化學的角度來看，氫原子非常簡單，但它的反應性卻極為強烈。」因此，研究人員尋求一種方法，以在能夠將其反應性引導至特定化學轉化的條件下生成原子氫。新的方法結合了肼和一種硫酚衍生物，然後將混合物暴露於光線下。光提供了觸發兩種分子之間電子轉移所需的能量。值得注意的是，研究顯示這一過程生成了一種短暫的中間體，屬於一類稱為裏德堡自由基的化合物。

這一中間體存在約 13 皮秒，或 13 兆分之一秒。隨著裏德堡分子的衰變，它釋放出一個氫自由基，可以參與化學反應。

氫自由基的應用

該團隊利用通過光驅動過程生成的氫自由基，在無金屬的情況下，在溫和條件下還原了幾種有機分子。測試的化合物包括高度功能化的烯烴和鹵素化合物。根據研究人員的說法，還原反應在有機化學中非常重要，因為它們使化學家能夠通過添加氫或改變分子的電子結構來修改分子。在受控條件下生成反應性氫，可以為這些轉化提供另一種工具。馬克斯·普朗克膠體與界面研究所生物分子系統系主任彼得·H·西貝格表示：「對有機化學而言，新化學中間體的發現開啟了新的可能性。

隨著這項工作的推進，原子氫成為合成化學家的實用工具。」

研究人員將此方法視為進一步研究的起點，而非僅限於已展示的還原反應的解決方案。原子氫的不同尋常反應性在有機化學的其他領域及生物科學中可能也具有潛在的應用價值。進一步的研究將需要確定這一技術的應用範圍有多廣。

光驅動技術對化學合成的影響

這項光驅動技術的開發標誌著化學合成領域的一個重要進步。生成的活性氫原子能在無金屬的情況下進行有機分子的還原，這不僅解決了以往準備和控制氫原子的挑戰，還為化學轉化提供了新工具。氫的高反應性使其在化學合成中具有潛力，尤其是在有機化學和生物科學領域。隨著進一步的研究，這項技術可能會擴展至更廣泛的應用，推動相關領域的發展。