Un tempo potevi vagare per i laboratori delle aziende farmaceutiche e quasi mai vedere la luce utilizzata per mediare le reazioni chimiche. Ora la "catalisi fotoredox" è diventata un modo essenziale per sintetizzare nuovi composti organici.

Questo tipo di chimica potrebbe presto essere utilizzato in modo ancora più ampio e meno costoso grazie ai ricercatori dell'Università di Rochester.

In un articolo pubblicato di recente su Giornale della Società Chimica Americana , i laboratori di Todd Krauss e Daniel Weix dimostrano per la prima volta come i punti quantici che emettono luce possono essere utilizzati come catalizzatori fotoredox per creare legami carbonio-carbonio.

Inoltre, i ricercatori, tra cui Jill Caputo '16 (PhD) e Norman Zhao '17 del laboratorio di Weix e Leah Frenette '14 (MS) e Kelly Sowers '16 (PhD) del gruppo di Krauss, hanno mostrato che i punti quantici creano questi legami altrettanto efficacemente i catalizzatori di metalli rari ora utilizzati nella chimica fotoredox, come rutenio e iridio.

"L'impatto potenziale potrebbe essere grande, "dice Weix, professore associato presso il Dipartimento di Chimica. I legami carbonio-carbonio sono i mattoni di base per numerose forme molecolari, molti di loro essenziali per le funzioni biologiche.

I punti quantici hanno potenziali applicazioni nella sintesi di prodotti farmaceutici, chimica fine, e agrochimici. "Questi sono mercati in cui le persone sono alla ricerca più attiva di composti chimici con nuove proprietà, "dice Weix.

I punti quantici sono minuscoli cristalli semiconduttori. Contenente alcune migliaia di atomi, "vivono in un mondo tra minerali sfusi, come un pezzo di roccia, con miliardi e miliardi di atomi e una singola molecola con solo 10 o 20 atomi, "dice Krauss, professore di chimica e presidente del dipartimento. Ma, Aggiunge, "i punti quantici hanno proprietà sia del mondo molecolare che macroscopico".

Per esempio, un punto quantico ha la stabilità chimica e fotografica dei minerali, ma ha uno strato di molecole organiche all'esterno che "consente di manipolarlo proprio come si manipolano piccole molecole in soluzione. Puoi spruzzarle, puoi rivestirli sulle superfici, puoi mescolarli, e fai tutte le diverse chimiche con loro, " dice Kraus.

Fino ad ora, la maggior parte dei chimici ha studiato i punti quantici per le loro proprietà di base, con applicazioni principalmente limitate a display come i televisori. Questa particolare scoperta ha avuto origine in un lavoro precedente a Rochester che ha dimostrato che i punti quantici potrebbero essere eccellenti catalizzatori per la creazione di legami idrogeno-idrogeno per applicazioni di carburante solare.

Per questo studio, Krauss e Weix hanno testato l'efficacia dei punti quantici cadmio/selenio (CdSe) nella creazione di legami carbonio-carbonio utilizzando cinque ben note reazioni fotoredox. Hanno scoperto che una taglia unica, Il punto quantico CdSe facilmente realizzato potrebbe sostituire diversi catalizzatori diversi ora utilizzati, con efficienza uguale o maggiore.

"La chimica andava da reazioni più semplici, dove il punto quantico fungeva da unico mediatore redox [unico agente che trasferisce un elettrone], a reazioni che coinvolgono uno o più cocatalizzatori, con molti reagenti nel pallone, "Dice Weix. "All'inizio c'era una preoccupazione se i puntini sarebbero sopravvissuti in questo stufato chimico, ma l'hanno fatto".

Weix avverte che la carta rappresenta solo un "primo passo verso la dimostrazione che è possibile utilizzare i punti quantici dei semiconduttori per sostituire altri catalizzatori". Potrebbe essere necessario rifinire ulteriormente i punti per essere adatti alle applicazioni industriali.

Ma è entusiasta del loro potenziale, e lo slancio sembra crescere. Egli osserva che in concomitanza con il loro lavoro, i colleghi della Northwestern hanno compiuto importanti passi avanti verso il miglioramento dei catalizzatori a punti quantici. Weix ha inoltre indicato il lavoro fotochimico correlato con il biossido di titanio nanocristallino (TiO2) dai ricercatori dell'Università di Ottawa e dell'Università del Wisconsin.

"Noi, e altri, hanno finora esaminato come si sarebbero comportati i punti quantici in reazioni ragionevolmente ben studiate, perché questo è un nuovo catalizzatore e volevamo confrontarlo con quello che c'era prima, " Weix dice. "Il passo successivo è guardare cosa fanno queste cose che nient'altro può fare. Questa è la promessa del futuro".