Kemister vid Ruhr-Universität Bochum har testat ett nytt tillvägagångssätt för att aktivera kemiska reaktioner baserat på grundämnet selen. De visade att selen kan bilda bindningar liknande de för vätebindningar, vilket resulterar i accelererade reaktioner. Den exakta mekanismen beskrivs av teamet vid Chair of Organic Chemistry 1 i Bochum, inklusive Prof Dr Stefan Huber och Patrick Wonner, i journalen Angewandte Chemie , i samarbete med Prof Dr Daniel Werz från Braunschweigs tekniska universitet.

Traditionellt, metallkomplex används som aktivatorer och katalysatorer. De bildar kompletta, dvs kovalenta bindningar med molekylen vars reaktioner de ska accelerera. Dock, metallerna är ofta dyra eller giftiga.

Det räcker med svagare bindningar

Under de senaste åren, det har blivit uppenbart att en kovalent bindning inte är absolut nödvändig för aktivering eller katalys. Svagare bindningar, som vätebindningar, kan vara tillräckligt. Här, bindningen bildas mellan en positivt polariserad väteatom och en annan molekyls negativt polariserade centrum. På samma sätt som väte, element i grupp 17 i det periodiska systemet, nämligen halogener som klor, bromid och jod, kan bilda svaga bindningar – och därmed fungera som aktivatorer eller katalysatorer.

Stefan Hubers team överförde denna princip till element från grupp 16 i det periodiska systemet, dvs kalkogener. Forskarna använde föreningar med en positivt polariserad selenatom. Det bildar en svag bindning till reaktionens substrat, vars omvandling accelererades med 20 till 30 gånger som ett resultat.

För jämförelseändamål, kemisterna testade också föreningar där de hade ersatt selencentret med ett annat grundämne. Molekyler utan selen påskyndade inte reaktionen. "Följaktligen, den observerade effekten kan tydligt tillskrivas selen som aktivt centrum, säger Huber.

Bättre än svavel

I tidigare studier, endast ett jämförbart fall av kalkogenkatalys hade dykt upp; där, svavel användes istället för selen. "Eftersom selen kan polariseras lättare än svavel, den har större potential som katalysatorkomponent på lång sikt, " förklarar Stefan Huber. "I kombination med halogenbindningar, kalkogenbindningar har lagt till två fascinerande mekanismer till kemisternas repertoar, för vilka det inte finns någon känd motsvarighet till sin natur, till exempel i enzymer."

I nästa steg, teamet planerar att visa att selenföreningar kan användas som adekvata katalysatorer. För närvarande, forskarna kallar dem aktivatorer, eftersom det krävs relativt stora mängder av ämnet för att utlösa reaktionen. Detta beror på att termen katalysator inte kan användas förrän mängden av de nödvändiga selenföreningarna är mindre än mängden utgångsmaterial som krävs för reaktionen.