Redox-aktivní ligandy

Redox reakce mají primární význam v mnoha procesech v přírodě jako např.: koroze kovů, fotosyntézy nebo dýchací řetězec. V mnoha z těchto procesů je klíčovým prvkem kombinace dvou (nebo více) redox-aktivních složek jako je kov v proměnném oxidačním stavu a (organický) substrát, který se může podrobit zvlášť redukci nebo oxidaci.

Na základě předchozí výzkumné odborné znalosti naší skupiny byl v roce 2007 zahájen nový projekt pod vedením Dr. Roithové, který řeší vlastnosti redox-aktivních ligandů, zvláště fenolů a chinonů stejně jako souvisejících redox-aktivních arene derivátů. Tato třída sloučenin má extrémní význam v různých biochemických a lékařských aspektech od procesu vidění přes četné redox enzymy v lidském těle až po mnohem komplexnější jevy jako je proces stárnutí.

Výzkumný úkol má dva aspekty, které se navzájem doplňují. Na jedné straně by měly být zjišťovány skutečné fyzikálně-chemické vlastnosti redox-aktivních ligandů za nepřítomnosti koordinovaných iontů kovu za účelem kvantitativně pochopit faktory ovlivňující redox vlastnosti v neutrální, ionizované a též v protonované či deprotonované formě. Na druhé straně, komplexy těchto ligandů s ionty kovů (obzvláště redox-aktivních kovů), budou zkoumány a testovány s ohledem na jejich chemické chování.

Následující obrázek uvádí příklad Co^lll katecholátového komplexu, u kterého při zahřívání dochází k valenční izomerii na Co^ll formu vázanou na semi-chinonový radikál. Tato změna v redox stavu je spojená s významnými změnami makroskopických vlastností, např. magnetického chování, které nábízí tyto sloučeniny jako atraktivní kandidáty nejen pro chemiky, ale také pro materiálovou vědu, díky možným rozvíjejícím se perspektivám pro design molekulárních spínačů.

Ještě více než v ostatních projektech, má pro toto téma teorie větší význam, protože experimentální zkoumání intramolekulárních redox změn je obtížné dokázat přímo, třebaže se toto odráží v mnoha pozorovaných změnách fyzikálních i chemických. Významná změna v reaktivitě při menším střídání substitučního vzoru například zřetelně demonstruje, že převzala místo významnější změna, ale ze samotných reakčních kinetik dedukce molekulárního původu tohoto fenoménu je dost obtížná, ne-li nemožná. Zde může současná výpočetní chemie poskytnout jednoznačné odpovědi k problémům naznačených experimenty.