Ajankohtaista

Väitös: 27.10.2017 FM Juha Hurmalainen (Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, kemia)

Alkamisaika: perjantai 27. lokakuuta 2017, 12.00

Päättymisaika: perjantai 27. lokakuuta 2017, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, Ylistö, Kem4

FM Juha Hurmalaisen kemian väitöskirjan ”Experimental and computational studies of unconventional main group compounds: stable radicals and reactive intermediates” tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Jaclyn Brusso (University of Ottawa) ja kustoksena professori Heikki Tuononen (Jyväskylän yliopisto). Väitös on englanninkielinen.

copy_of_Juha_Hurmalainennetti.JPG
Juha Hurmalainen Kuva: Petteri Kivimäki
FM Juha Hurmalaisen kemian väitöskirjan ”Experimental and computational studies of unconventional main group compounds: stable radicals and reactive intermediates” tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Jaclyn Brusso (University of Ottawa) ja kustoksena professori Heikki Tuononen (Jyväskylän yliopisto). Väitös on englanninkielinen.

Radikaalit ovat yhdisteitä, joilla on yksi tai useampi pariton elektroni. Tämän vuoksi ne ovat tyypillisesti hyvin lyhytikäisiä yhdisteitä, jotka reagoivat kiivaasti niitä ympäröivän aineen kanssa. Lyhyt elinikä ja korkea reaktiivisuus ovat ominaisuuksia, jotka ovat tyypillisiä myös kemiallisten reaktioiden välituotteille; yhdisteille, jotka edeltävät reaktion varsinaisten tuotteiden muodostumista. Muokkaamalla radikaalien rakennetta sopivalla tavalla voidaan niiden stabiilisuutta lisätä. Vastaavasti kemiallisten reaktioiden välituotteita voidaan joissakin tapauksissa eristää niin, että niiden ominaisuuksia voidaan tutkia tavanomaisilla tutkimusmenetelmillä.

Hurmalaisen väitöstutkimuksessa oli kaksi pääasiallista tutkimussuuntaa. Ensimmäisen tavoite oli suunnitella ja valmistaa uusia pysyviä radikaaleja sekä tutkia niiden rakennetta ja kemiallisia ominaisuuksia. Toisessa tutkimushaarassa päämääränä oli tutkia valikoituja kemiallisia reaktioita ja pyrkiä karakterisoimaan reaktioissa esiintyvät välituotteet.

Esimerkkinä tutkimuksessa aikaansaadusta, aiemmin tuntemattomasta pysyvästä radikaalista voi mainita 2,2’-bikinoliinii-pohjaisen radikaalin, joka stabiloitiin koordinoimalla se pääryhmän alkuaineen kanssa. Tutkimuksessa havaittiin, että yhdisteen rakenneparametrejä voidaan käyttää sen elektronirakenteen määrityksessä.

Reaktiivisiin välituotteisiin keskittyvästä tutkimusvaiheesta voidaan nostaa esiin Lewisin happo-emäs-parien avulla tapahtuvassa hydrosilylaatioreaktiossa esiintyvän välituotteen karakterisointi. Kyseinen reaktio on yksi käytetyimmistä tavoista valmistaa organopiiyhdisteitä.

- Laskennallisten mallinnusmenetelmien avulla pystyimme selittämään, miksi juuri tässä tapauksessa välituote oli mahdollista eristää ja karakterisoida, Hurmalainen kertoo.

Reaktiiviset yhdisteet vaativat erikoisolosuhteet

Koska tutkittavat yhdisteet olivat pääsääntöisesti hyvin reaktiivisia, täytyi niitä valmistettaessa ja tutkittaessa käyttää ilma- ja kosteusherkille yhdisteille soveltuvia menetelmiä. Yhdisteitä käsiteltiin pääsääntöisesti olosuhteissa, joissa ilma oli korvattu kuivalla argonkaasulla. Olennaisimpia tutkimusmenetelmiä yhdisteitä karakterisoitaessa olivat yksikideröntgenkristallografia ja laskennalliset mallinnusmenetelmät sekä radikaaleja koskevassa tutkimuksessa edellä mainittujen lisäksi elektronimagneettinen resonanssispektroskopia.

- Kun radikaalien pysyvyyteen vaikuttavat tekijät tunnetaan tarkasti, voidaan suunnitella ja valmistaa uudenlaisia stabiileja radikaaleja. On ennakoitu, että pysyville radikaaleille voidaan tulevaisuudessa kehittää käytännön sovellutuksia, Hurmalainen kertoo ja jatkaa

- Niitä voitaisiin esimerkiksi käyttää magneettisissa tai sähköä johtavissa materiaaleissa, joko sellaisenaan tai ligandeina metallikomplekseissa. Selvittämällä kemiallisten reaktioiden välituotteiden ominaisuuksia, voidaan niistä saatavaan tietoon pohjautuen kehittää uusia, entistä parempia ja selektiivisempiä synteesireittejä. Näihin kysymyksiin väitöskirjatyön tulokset tuovat uutta tietoa ja tarjoavat runsaasti mahdollisuuksia jatkotutkimuksille.

Lisätietoja:

Juha Hurmalainen, 0408379978, juha.p.hurmalainen@jyu.fi

Viestintäharjoittelija Sinikka Kauhanen, 040 8054483, sinikka.m.kauhanen@jyu.fi

Juha Hurmalainen valmistui ylioppilaaksi Lahden Lyseon lukiosta keväällä 2003. Hän valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistosta vuonna 2012 pääaineenaan epäorgaaninen ja analyyttinen kemia. Hurmalainen aloitti jatko-opinnot professori Heikki M. Tuonosen tutkimusryhmässä syksyllä 2012. Lukuvuoden 2014–2015 hän vietti tutkimusvierailulla Kanadassa (Saint Mary’s University, Halifax, NS).

Väitöskirja on julkaistu sarjassa Department of Chemistry, University of Jyväskylä Research Report numerolla 204, 89 s., Jyväskylä 2017, ISSN 0357-346X, ISBN 978-951-39-7184-7.

Abstract

Ever since their discovery, radicals have intrigued the minds of experimental and theoretical chemists alike. While the vast majority of radicals are transient species, a large number of stable and persistent radicals are also known. This has enabled the use of radicals in different applications. For example, radicals are highly useful in chemical synthesis due to their selectivity and functional group tolerance. Detailed knowledge of the electronic structure of synthetic intermediates, both radical and non-radical, enables chemists to improve existing synthesis routes and to design completely new ones.

This thesis is divided into two parts. The first part begins with an introduction to the chemistry of stable and persistent radicals and presents some seminal discoveries in the field. A brief review of the role of radicals in synthetic chemistry is then given. This is followed by an overview of reactive intermediates in main group chemistry. Some novel methods used in the characterisation of such intermediates are presented along with selected examples of notable results.

The second part outlines the most significant findings reported in the five research papers associated with this thesis. The discussion begins with a comprehensive analysis of structural effects induced by redox processes in a 2,2'- biquinoline complex of boron. A new synthetic route to neutral phenothiazinyl radicals via Smiles rearrangement is then presented. This is followed by a discussion of radical intermediates in homocoupling reactions of benzo[b]furans and benzo[b]thiophenes. The role of perfluoroarylboranes in the activation of silane Si–H bonds in hydrosilylation reactions is then presented. Finally, the importance of a thorough structural characterisation is illustrated by a complete scrutiny of a putative intermediate in the formation of tetra-n-butylammonium bicarbonate. Overall, the reported results advance our knowledge of stable main group radicals and provide new insight about reactive intermediates in quintessential chemical reactions.

Lisätietoja

Juha Hurmalainen
juha.p.hurmalainen@jyu.fi
+358408379978
kuuluu seuraaviin kategorioihin: