紫精

紫精是分子式为(C5H4NR)2n+的有机化合物。 在一些紫精中，吡啶基被进一步修饰。

紫精之所以这样称呼，是因为这些化合物在还原时会产生紫色 [violet + Latin gen, generator of]。

紫精百草枯（R = 甲基）是一种广泛使用的除草剂。 早在 1930 年代，百草枯就被用作氧化还原指示剂，因为它在还原时变成紫色。

其他紫精已经商业化，因为它们可以通过还原和氧化多次可逆地改变颜色。 紫精这个名字暗指紫罗兰色，它可以呈现一种颜色，而自由基阳离子 (C5H4NR)2+ 呈深蓝色。

作为联吡啶衍生物，紫精与4,4'-联吡啶有关。 这些化合物中的碱性氮中心被烷基化，得到紫精：

(C5H4N)2 + 2 RX → [(C5H4NR)2]2+(X−)2

烷基化是季铵化的一种形式。 当烷化剂是小卤代烷，如氯甲烷或溴甲烷时，紫精盐通常是水溶性的。 已经研究了各种各样的烷基取代基。 常见的衍生物是甲基（见百草枯）、长链烷基和苄基。

双阳离子形式的紫精通常会经历两次单电子还原。 xxx次还原得到深色的自由基阳离子：

[V]2+ + e− ↽ − ⇀ {\displaystyle {\ce {<=>>}}} [V]+

4,4'-紫精的自由基阳离子为蓝色，2,2'-衍生物的自由基阳离子为绿色。 第二次还原产生黄色醌类化合物：

[V]+ + e− ↽ − ⇀ {\displaystyle {\ce {<=>>}}} [V]0

电子转移很快，因为氧化还原过程引起的结构变化很小。 氧化还原是高度可逆的。 这些试剂在氧化还原活性有机化合物中相对便宜。 它们是用于生化氧化还原反应的方便的比色试剂。

它们形成主客体复合体的倾向是获得 2016 年诺贝尔化学奖的分子机器的关键。

紫精用于一些实验性液流电池的负极电解液。 紫精已被修改以优化其在此类电池中的性能，例如 通过将它们掺入氧化还原活性聚合物中。

据报道，紫精催化剂具有在弱碱性溶液中催化氧化葡萄糖和其他碳水化合物的潜力，这使得直接碳水化合物燃料电池成为可能。

Diquat 是紫精的异构体，衍生自 2,2'-联吡啶（而不是 4,4'- 异构体）。 它也是一种有效的除草剂，通过破坏电子转移发挥作用。

扩展的紫精是基于共轭低聚物开发的，例如基于芳基、乙烯和噻吩单元插入吡啶单元之间。 方案2中的双极化子二辛基双（4-吡啶基）联苯紫精2可以在DMF中被钠汞齐还原成中性紫精3。

醌型 3a 和双自由基 3b 的共振结构对杂化结构的贡献相同。 贡献 3b 的驱动力是通过联苯单元恢复芳香性。 使用 X 射线晶体学已经确定，该分子实际上是共面的，具有轻微的氮金字塔化，并且中心碳键 (144 pm) 比预期的双键 (136 pm) 更长。 进一步的研究表明，双自由基以三重态和单重态的混合物形式存在，尽管没有 ESR 信号。 从这个意义上说，该分子类似于 1907 年发现的 Tschischibabin 的碳氢化合物。它还与该分子在溶液中具有蓝色，在晶体中具有金属绿色。

化合物 3 是一种非常强的还原剂，氧化还原电位为 -1.48 V。

广泛使用的除草剂百草枯是一种紫精。 该应用是此类化合物的xxx消费者。 基于 2,2'-、4,4'- 或 2,4'-联吡啶鎓的紫精的毒性与其形成稳定自由基的能力有关。 这种氧化还原活性使这些物质能够干扰植物中的电子传输链。

紫精已作为电致变色系统商业化，因为在还原和氧化时具有高度可逆性和显着的颜色变化。 在某些应用中，会使用 N-庚基紫精。 已经使用了导电固体载体例如二氧化钛和氧化铟锡。