Le reazioni domino si verificano quando la trasformazione di un gruppo chimico stimola la reazione di un altro gruppo attaccato, o di un'altra molecola, portando a un rapido effetto a catena attraverso il sistema come una fila di tessere del domino che cadono. I ricercatori dell'Università di Hokkaido hanno ora realizzato il primo esempio di reazione domino nel ramo della chimica chiamato chimica redox.
L'articolo è pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie International Edition .
Il termine redox deriva da "riduzione", riferendosi all'acquisto di elettroni, e "ossidazione", riferendosi alla perdita di elettroni. Le reazioni redox sono quindi processi di trasferimento di elettroni.
"Il problema nel realizzare reazioni domino nei processi redox è che il trasferimento di elettroni, in particolare il trasferimento multi-elettrone, produce specie elettricamente cariche le cui interazioni elettrostatiche possono inibire ulteriori cambiamenti", afferma il chimico Yusuke Ishigaki del team di Hokkaido.
Per superare gli ostacoli i ricercatori hanno progettato una molecola composta da due parti che subisce un cambiamento strutturale significativo quando una parte viene convertita tra il suo stato elettricamente neutro (ridotto) e quello di carica positiva (ossidato). Questo cambiamento strutturale trasmette un effetto chimico all'altra parte della molecola che rende più probabile la sua stessa ossidazione.
La molecola da loro progettata è costituita da due unità redox-attive relativamente grandi collegate da un collegamento flessibile non planare formato da atomi di zolfo. Quando una delle unità accoppiate perde elettroni (si ossida), acquisisce due cariche positive che agiscono come innesco facendo sì che l'altra parte della molecola si attorcigli attorno al nucleo. Un cambiamento nello stato degli elettroni in questa forma attorcigliata rispetto alla forma piegata iniziale facilita quindi il processo di ossidazione nel gruppo vicino, ottenendo l'effetto domino.
L'innesco iniziale della reazione può essere innescato da un aumento della temperatura, offrendo così un mezzo di controllo. Sebbene questo effetto sia stato finora dimostrato solo all'interno di una molecola composta da due parti, i ricercatori suggeriscono che potrebbe eventualmente essere utilizzato per trasmettere trasformazioni redox ondulatorie in molecole molto più grandi con molte delle unità "domino" collegate insieme.
Le applicazioni della scoperta potrebbero essere lontane nel futuro, ma esistono chiaramente alcune possibilità generali. Le trasformazioni elettriche e strutturali che viaggiano attraverso le catene molecolari potrebbero diventare, ad esempio, le parti mobili su scala nanometrica dei sistemi e dei sensori di calcolo chimico. Esistono anche possibili applicazioni nei nuovi sistemi di batterie necessari per supportare la transizione in corso verso le tecnologie di energia elettrica rinnovabile.
"Il controllo offerto dal riscaldamento e dal raffreddamento potrebbe essere utilizzato in molti campi per realizzare nuovi materiali con proprietà elettroniche commutabili, in particolare quelli che comportano il trasferimento multielettronico", afferma Ishigaki.
"È stato molto impegnativo, ma anche molto soddisfacente, dimostrare ciò che nessuno era riuscito a realizzare prima, e ora speriamo di passare a sistemi più grandi e complessi che comportano un maggiore trasferimento di elettroni", conclude Ishigaki.
Ulteriori informazioni: Takashi Harimoto et al, Reazione Domino-Redox indotta da un cambiamento conformazionale innescato elettrochimicamente, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316753
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Università di Hokkaido
