Fotoredoxkatalyysi

Fotoredoxkatalyysi on kemiallinen menetelmä, jossa näkyvän valon avulla aktivoidaan fotosensitiivinen katalyytti. Katalyytti voi siirtää elektroneja reagoiville substraateille sekä vastaanottaa elektroneja niiltä, mikä johtaa radikaaleihin tai muihin reaktiivisiin välituotteisiin. Tämä mahdollistaa laajan valikoiman redox-reaktioita sekä uusien C–C- ja C–heteroatom-sidosten muodostumista maltillisissa olosuhteissa.

Yleisesti käytetään metallisten tai orgaanisten fotosensitiöiden kompleksioita, esimerkiksi Ru(bpy)3^2+ tai Ir(ppy)3. PC* voi osallistua kahdella päätiellä: oksidatiivisessa elektroninsiirrossa se luovuttaa elektronin substraatille, jolloin syntyy PC+ ja substraatin radikaali; tai reduktiivisessa elektroninsiirrossa PC* vastaanottaa elektronin ja muuttuu PC−, jolloin substraatti muodostaa radikaalin. Joissakin järjestelmissä käytetään kaksinkertaista katalyyttisyyttä (esim. yhdistettyä fotoredox- ja Ni-katalyysiä) tai energiansiirtoreaktioita ilman elektroninsiirtoa.

Yleisimmät valokatalyytit ovat Ru(bpy)3^2+- ja Ir(ppy)3 -kompleksit sekä orgaaniset väriaineet kuten eosin Y ja rose bengal; myös acridiinin kaltaiset organiset järjestelmät ovat käytössä. Reaktiot tapahtuvat yleensä näkyvän valon lähteillä (yleensä sininen LED) liuottimissa kuten acetonitrili, DMF tai DMSO; vesiliuoksissa ja vihreissä liuottimissa on myös saavutettu tuloksia.

Fotoredoxkatalyysi on laajentanut C–C- sekä C–heteroatom-sidosten muodostamista, mukaan lukien decarboxylative alkylations, cross-electrophile couplings, hydrofunctionalizations ja [2+2]-cycloadditiot. Sovellukset kattavat luonnollisten tuotteiden sekä lääkeaineiden synteesit sekä polymeerityöt. Sen suurimmat edut ovat matalat lämpötilat, laaja funktionaalinen sietokyky ja mahdollisuus käyttää ympäristöystävällisiä valonlähteitä.

Rajoitteita ovat kustannukset ja katalyyttien stabiilisuus, valaistuksen hallinta sekä skaalaus. Tutkimus jatkuu kohti kestävämpiä, metallittomia ja flow-tyyppisiä foto-katalyysiratkaisuja.