Aromaticitet, ett koncept som vanligtvis används för att förklara den slående stabiliteten och ovanliga reaktiviteten hos vissa kolbaserade molekyler, skulle kunna inspirera designen av nya katalysatorer med nya användningsområden, KAUST-forskare har visat.

Kemister kom först på det anomala beteendet hos aromatiska molekyler på artonhundratalet när de studerade bensen. Den oväntade stabiliteten hos denna cykliska struktur med sex kol kommer ner till dess elektroner.

I allmänhet, bindande elektroner håller ihop ett specifikt par atomer i en diskret kemisk bindning. Men i bensen, sex elektroner bildar en delokaliserad ring över molekylen. En mängd andra molekyler delar denna egenskap. "Många klassiska exempel på organisk och metallorganisk reaktivitet kan förklaras på denna grund, säger Théo Gonçalves, en forskare i Kuo-Wei Huangs labb. "Men även om konceptet är välkänt, det finns begränsade praktiska kemiska tillämpningar av aromaticitet, " han lägger till.

Ett praktiskt tillämpningsområde är inom området katalys. Huang-gruppen utvecklade nyligen en ovanlig familj av katalysatorer som kallas PN3(P) tångkomplex. I de flesta katalysatorer, den centrala metalljonen är där all bindningsbrytning och framställning sker. I PN3(P)-komplex, tångliganderna runt metallen kan också vara aktiva deltagare i den katalytiska processen. "Vår PN3(P)-ligandplattform möjliggör katalytiska tillämpningar bortom konventionella system där metall är centrum för reaktivitet, " säger Huang.

När teamet studerade tångkomplexens katalytiska beteende, de visade att en sexledad ringstruktur övergående bildas under katalys och att aromaticitet kom in i bilden. "Vi har tillhandahållit starka bevis för att under den katalytiska cykeln, vår katalys drar nytta av den extra energi som kommer från aromatisering av ringen, " Gonçalves säger. "Att justera graden av aromatisering kommer försiktigt att ställa in reaktionseffekten."

PN3(P)-tångfamiljen har hög katalytisk prestanda för reaktioner som selektiv väteproduktion från myrsyra för att reducera koldioxid (CO) ₂ ) och för att bilda estrar och iminer. Men det verkliga värdet av forskningen kan bero på de nya insikter den genererar om aromaticitetens roll i katalys, och de nya horisonter som öppnar sig som ett resultat. "Innan vårt arbete, betydelsen av aromaticiteten framhölls inte på detta område, "Gonçalves säger. "Grundläggande förståelse för aromatisering och dearomatisering kommer att tillåta omdesign av katalysatorer mot bättre prestanda och kanske ny reaktivitet."

"Vår upptäckt handlar inte om att identifiera en ny eller bättre katalysator för en känd reaktion, men om att öppna ett nytt fält för obegränsade nya möjligheter i framtiden, ", tillägger Huang.