一種全新化學(xué)反應(yīng)完全顛覆了傳統(tǒng)反應(yīng)中先破壞最弱化學(xué)鍵的模式，而先朝最強的化學(xué)鍵“開刀”，并可以在化學(xué)合成中形成全新的中間體。這一顛覆傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)模式證明，化學(xué)家們完全可以開創(chuàng)性地獲得常規(guī)方法無法企及的一些化合物。相關(guān)論文發(fā)表在《美國化學(xué)協(xié)會雜志》上。

美國普林斯頓大學(xué)的研究人員選用催化劑對系統(tǒng)，通過兩種催化劑的協(xié)同作用，首先斷開了質(zhì)子偶合電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)(PCET)中分子內(nèi)的最強化學(xué)鍵：氮—氫鍵(N-H)。許多重要的生物系統(tǒng)比如光合作用系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，都是利用PCET來破壞化學(xué)強鍵。由于現(xiàn)在還無法得知PCET中都有哪些催化劑，這一原理在合成新分子中還沒有得到推廣。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，研究人員選用了一個簡單的數(shù)學(xué)公式，這個公式能幫他們精確算出任何一對催化劑協(xié)同作用時斷開的最強化學(xué)鍵強度，他們將其命名為“有效鍵強值”。

研究人員在實驗室驗證了這一公式的高效：有效鍵強值與反應(yīng)效率之間存在嚴重相關(guān)性。當有效鍵強值比氮—氫鍵強度值高或者低時，中間體產(chǎn)量會很低;而當這兩個數(shù)值相同時，就會獲得非常高的中間體產(chǎn)量。

論文主要作者吉爾伯特·蔡成功找到了這對神奇的催化劑系統(tǒng)，并深入研究了這一催化劑對的作用機理。他發(fā)現(xiàn)，其中的催化劑磷酸二丁酯最先啟動化學(xué)反應(yīng)，它能將氮—氫鍵中的氫原子不斷拉開，讓氮—氫鍵越來越長，從而逐漸變?nèi)?另一種催化劑金屬銥復(fù)合物靶向作用弱化后的氮—氫鍵，從化學(xué)鍵的電子對中“拽”走一個電子，將化學(xué)鍵從中間切斷。

氮—氫鍵斷開后，獲得的氮中間體非常活躍，可與碳結(jié)合形成碳—氮鍵，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的化學(xué)產(chǎn)物。新研究在沒有發(fā)現(xiàn)PCET催化劑真面目的情況下，提供了研發(fā)全新化學(xué)反應(yīng)的平臺，甚至能開創(chuàng)更大的價值。

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的化學(xué)副教授羅伯特·勞勒斯表示，這一理念將開啟全新的化學(xué)領(lǐng)域。