Transmissão de uma reação dominó usando química redox alcançada pela primeira vez
Uma reação dominó é uma série de reações químicas em que cada reação desencadeia a próxima reação da série, como dominós caindo (topo). Em uma reação redox dominó, cada reação causa uma mudança estrutural que desencadeia a próxima reação redox da série (parte inferior). Crédito:Takashi Harimoto et al, Angewandte Chemie Edição Internacional (2023). DOI:10.1002/anie.202316753 As reações dominó ocorrem quando a transformação de um grupo químico estimula a reação de outro grupo ligado, ou de outra molécula, levando a um rápido efeito de arrastamento através do sistema, como uma fileira de dominós caindo. Pesquisadores da Universidade de Hokkaido alcançaram agora o primeiro exemplo de reação dominó no ramo da química chamado química redox.
O artigo foi publicado na revista Angewandte Chemie International Edition .
O termo redox vem de “redução”, referindo-se ao ganho de elétrons, e “oxidação”, referindo-se à perda de elétrons. As reações redox são, portanto, processos de transferência de elétrons.
"O problema de alcançar reações dominó em processos redox é que a transferência de elétrons, especialmente a transferência de múltiplos elétrons, produz espécies eletricamente carregadas cujas interações eletrostáticas podem inibir mudanças adicionais", diz o químico Yusuke Ishigaki, da equipe de Hokkaido.
Para superar os obstáculos, os pesquisadores projetaram uma molécula de duas partes que sofre uma mudança estrutural significativa quando uma parte é convertida entre seus estados eletricamente neutro (reduzido) e carregado positivamente (oxidado). Esta mudança estrutural transmite um efeito químico para a outra parte da molécula que torna mais provável a sua própria oxidação.
A molécula que eles projetaram consiste em duas unidades redox-ativas relativamente grandes conectadas por uma ligação flexível não planar formada por átomos de enxofre. Quando uma das unidades emparelhadas perde elétrons (é oxidada), ela adquire duas cargas positivas que atuam como gatilho, fazendo com que a outra parte da molécula gire em torno do núcleo. Uma mudança no estado dos elétrons nesta forma torcida da forma inicial dobrada facilita então a ocorrência do processo de oxidação no grupo vizinho, alcançando o efeito dominó.
O desencadeamento inicial da reação pode ser iniciado por um aumento de temperatura, oferecendo um meio de controle. Embora este efeito só tenha sido demonstrado até agora dentro de uma molécula de duas partes, os investigadores sugerem que poderá eventualmente ser usado para transmitir transformações redox semelhantes a ondas em moléculas muito maiores, com muitas das unidades "dominó" ligadas entre si.
As aplicações da descoberta podem estar num futuro distante, mas existem claramente algumas possibilidades gerais. As transformações elétricas e estruturais que viajam através de cadeias moleculares poderiam tornar-se as partes móveis em escala nanométrica de sistemas e sensores de computação química, por exemplo. Existem também aplicações possíveis nos novos sistemas de baterias necessários para apoiar a transição em curso para tecnologias de energia eléctrica renovável.
"O controle oferecido pelo aquecimento e resfriamento poderia ser usado em muitos campos para fazer novos materiais com propriedades eletrônicas comutáveis, especialmente aqueles que envolvem transferência multieletrônica", diz Ishigaki.
“Foi muito desafiador, mas também muito satisfatório, demonstrar o que ninguém havia conseguido antes, e agora esperamos avançar para sistemas maiores e mais complexos, envolvendo maior transferência de elétrons”, conclui Ishigaki.
Mais informações: Takashi Harimoto et al, Domino-Redox Reaction Induced by An Electrochemically Triggered Conformational Change, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316753 Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional
