简单的光学透镜背后的策略,操纵光化学反应

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来源:©奥利弗·温格/巴塞尔大学

用一个蓝色光子激发催化剂Irsppy可以引发几个脱卤和异构化反应,但当第二个光子在其激发的三重态生命周期内使用更高的光强度被吸收时,会产生通过完全不同的途径与相同底物反应的侵略性溶剂化电子

瑞士的研究人员已经证明,可用的氧化还原电位和最终产物的选择性都是由光强敏感的光催化剂控制的。

光催化剂有许多有前途的应用,包括去除废水中的污染物,以太阳能燃料的形式储存能量和有机合成。由于每种类型的光反应都有一种最佳催化剂,因此通常需要几种昂贵的光催化剂才能生成所需的产物。创造一种性质可以被光控制和改变的催化剂,可以让一种催化剂在多个反应中发挥作用,从而降低成本。

光的波长会影响某些催化剂的氧化还原电位,但精确的波长需要昂贵的光源。Christoph Kerzig而且奥利弗·温格瑞士巴塞尔大学的研究人员将注意力转向了光强度。他们展示了他们可以通过透镜施加不同的光强度来控制光催化剂、溶剂和牺牲试剂的反应。

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该系统可以选择性地将相同的衬底转化为不同的主要产品

通过使用连续波激光对铱催化剂Irsppy进行辐照,该团队证明了激发态的三重态,3.Irsppy能够催化脱溴反应。用透镜增加光强,在三重态的生命周期内提供两个光子,令人兴奋3.Irsppy进一步生成溶剂化电子,一种侵略性超强还原剂。溶剂化的电子几乎是可用的氧化还原电位的两倍,允许发生具有挑战性的脱氯反应。

“重要的是,双光子策略甚至可以激活惰性基底,这是一个可见光子无法激活的,”Kerzig说。研究小组继续研究他们的策略是否适用于通过不同机制激活的基质。他们证明了反式在Irsppy存在下,-3-氟辛酸酯发生双键异构,但在透镜作用下,反应变成氢化反应,提供不同的产物。

“我们的方法可以允许新的级联型光化学与光强度作为选择性参数。对于后者,具有异构化、氢化、环加成和芳基化步骤的反应序列是可以想象的,”Wenger补充道。

有机化学家丹尼斯·曹来自美国马卡莱斯特学院(Macalester College)的李博士称这一想法很新颖。“这一原理的证明肯定会激发新的小分子和聚合物合成方法的发展,利用这种可切换的反应性来实现具有挑战性的合成连接。”