电场触发键断反应开关

中国的研究人员发现，电场可以在多级级联中选择性地催化一种反应——芳构化。该实验在单个分子的纳米反应器中进行，展示了静电场如何以一个数量级加速芳构化。

静电诱导反应无疑是当今化学领域最热门的话题之一

Nadim Darwish，科廷大学，澳大利亚

虽然第一个证明电场可以催化aDiels-Alder反应直到2016年，在这个想法首次提出30年后，化学家们才看到了利用静电能量的巨大潜力。与氧化还原反应不同，静电诱导反应中没有电子转移，反应物的氧化态也没有变化。现场催化不仅可以加速某些过程或抑制不必要的副反应，还可以获得其他方法难以制备的化合物。

分子电子学研究人员说:“静电诱导反应无疑是当今化学领域最热门的话题之一。Nadim达尔维什他来自澳大利亚科廷大学，没有参与这项研究。

科学家们在用电场控制化学方面又迈出了一步。他们第一次调整了电场的方向，使其只催化两步级联中的一个反应。

2, 3-Dihydrofuran和一个tetrazine首先在Diels-Alder反应中反应，生成熔融双环二氢吡啶体系。这是不稳定的，因为非芳香族化合物通过打破碳氧键，在氢周围移动，产生一个邻二氮杂苯导数。

Diels-Alder阶跃不受电场影响，因为它的反应轴(化学键从反应物重新排列到产物的方向)与电场线成直角。然而，芳构化的轴与电场位于同一平面，与在没有电场的试管中进行的相同反应相比，该过程加快了一个数量级。

西蒙·奥·钱皮他与科廷大学的达维什共同领导接口和纳米电子学小组，称这种反应速率的增加“令人印象深刻”。虽然这不是第一个静电诱导反应，但这是第一个“毫无疑问地测试电场对有机反应的催化作用非常依赖于方向”的实验，Ciampi说。

“这项研究肯定会引起广泛关注，成为里程碑式的研究这份报告发表于2016年说,Sason Shaik他在20世纪80年代以他的理论研究开创了这一领域。

这项研究的首席科学家之一，Junyang刘来自厦门大学的教授解释说，电场在芳构化的关键步骤中增加了C-H键角。他说:“(这)增强了过渡态的稳定性，降低了反应障碍。”研究小组设置的电场电压越高，芳构化率就越高。

然而，合成化学家可能还需要一段时间才能在实验室中使用现场催化。刘和同事的实验是在一个纳米反应器中进行的，其中单个分子通过吡啶锚连接到原子级薄的金电极上。虽然电极电压被设置为最多只有200mV，但每个分子一旦进入反应器，就会经历高达10亿伏特每米的电场。

刘说，如果我们想扩大到大宗化学，将很难产生如此高的电场。然而，他认为通过微型电场反应器引导试剂的连续流动技术可能是答案。

达维什说:“用不了多久，我们就会用这种技术生产出可以触摸和闻到的产品。”谢克说:“这里有广阔的新领域有待探索——一个新的研究领域已经出现，我们还不知道化学合成的全部潜力和后果。”