溴分子可以稳定在半球形氧化钒团簇的空腔中

出身背景

烷烃是天然气和石油的主要成分，仅由碳原子和氢原子组成。烷烃的C-H键化学稳定，反应活性低。基础化学科学和工业的发展迫切需要能够使烷烃选择性功能化的技术*1），以将烷烃转化为醇类和溴代烷烃等化工产品的有用原料。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

溴分子_2.)广泛用于各种有机化合物的溴化，其中溴化反应通过自由基机制发生*2）。为了获得不同于自由基机理的产物选择性，需要控制溴分子的电子态。

氧化钒簇*3）是一组具有各种结构的材料，有望用作功能材料。欧洲杯足球竞彩

具有与一个卤素原子大小对应的空腔的半球形氧化钒簇显示出特殊的电荷分布，其中空腔的外围带相对负电荷，而内部带相对正电荷。

尽管这种化合物带有很大的负电荷，但它能稳定地调节带有负电荷或空腔中含有官能团的化合物。金泽大学的Yuji Kikukawa教授此前曾揭示，当另一种化合物被困在空腔中时，半球形氧化钒簇呈现出凸起的结构，而当空腔中没有化合物时，该结构会坍塌(Angewandte Chemie，国际版, 2018, 57, 16051-16055).

后果

在本研究中，由一个ProF研究小组领导。金泽大学的Yuji Kikukawa和Yoshihito Hayashi与立命馆大学和高能加速器研究组织的科学家合作，发现溴分子可以稳定在半球形氧化钒团簇的空腔中。

在红外光谱中，吸收峰位于185厘米处^-1从空腔中捕获的溴分子的极化*4）开始观察，尽管没有极化的溴分子不会显示这样的峰值。

这是对极化溴分子的第一次光谱观察。通过分析高能加速器研究组织（KEK）光子工厂对溴分子进行的扩展X射线吸收精细结构测量，建议溴-溴距离为0.233nm，略长于气相溴分子的0.228nm。

通过在氧化钒簇腔中使用这种极化和活化的溴分子，戊烷溴化生成2-溴戊烷和3-溴戊烷的比率为36:64，这与在没有氧化钒簇的情况下进行溴化时的比率80:20不同，表明选择性不同。

此外，关于另一种产品，2,3-二溴戊烷（由非对映异构体*5组成），苏氨酸异构体的比率高于溴分子单独与戊烷反应时的比率。此外，溴化反应可能发生在碳链较短的较小烷烃上，如丁烷或丙烷。

如上所述，发现捕集在氧化钒空腔中的溴分子表现出与烷烃溴化反应的自由基机理不同的特异性。

未来展望

金属氧化物团簇能够在保持其结构的同时进行氧化和还原。它还可以与其他金属物种共轭，并用其他原子取代某些组成的金属原子。

因此，可以调节金属氧化物团簇的特性。预计还将有进一步的发展，例如通过控制腔中的电荷分布，使用原子尺寸的腔激活小分子，以及通过控制分子水平的结构生产高功能催化剂。

还期望通过改进调节电子状态的材料，可以实现使用甲烷的选择性功能化反应，甲烷是高度惰性的，但其有效的化学修饰是非常理想的。欧洲杯足球竞彩

术语汇编

1） 功能化
表征有机化合物性质和反应的原子团和原子键。

2） 激进机制
在化学反应机制中，原子和分子具有未配对电子的一种机制。在溴的情况下，涉及溴原子的反应机理。

3） 氧化钒团簇
带负电的氧化钒分子。

4） 极化
原子上的电子密度不相等但在两个直接结合的原子之间不对称分布的一种状态。

5） 非对映体
非镜像异构体（对映体）的化学物质的立体异构体。具有两个相邻不对称碳原子的非对映异构体称为苏氨酸异构体和红异构体，并加以区分。

资料来源：https://www.kanazawa-u.ac.jp/e/