化学家们报道了一个罕见的由化学燃料驱动的自发的、能量上不利的反应的例子。该团队从合成生物学中获得灵感，使用棘轮机制来驱动这种转变。
为了使化学反应自发进行，它需要释放能量。这就是为什么自发性，在这种情况下，通常是为自发释放能量的反应保留的。棘轮机制背后的思想是将能量需求过程与正交能量输入相结合，从而提供满足能量守恒所需的能量。
曼彻斯特大学的大卫·利解释说:“在化学中，随机动态过程一直在发生，从构象变化到随机热运动，再到化学转化的可逆步骤。”棘轮机制给化学指明了方向。”
合成化学家表现出了聪明才智，他们利用催化剂和光来获得能量不利的反应途径的产物。然而，与自然过程相比，这些方法仍有不足。利解释说:“许多重要的合成代谢过程——用简单的积木构建复杂的分子——从化学燃料中获取所需的能量，这并非巧合。”
Leigh和他的同事演示了化学燃料的选择性能量转导，以驱动能量不利的Diels-Alder反应——共轭二烯与含有双键或三键的伙伴反应形成六元环的反应。在这种情况下，燃料是由Diels-Alder原料上的羧酸基催化的碳二亚胺到尿素的转化。
利解释说:“二烯和亲二烯(起始材料)……每一种都有附加的羧酸‘手柄’。”燃料被用来将这两种物质连接在一起，形成中间的酸酐。“这使得Diels-Alder起始物质接近，并通过束缚中间体的能量下坡反应驱动原本禁止的环加成。”
利解释说:“在燃料反应的稳定状态下，不同物种与燃料的反应速率的差异导致了迪尔斯-奥尔德反应的进行，而不是构建块的预先组织。”“这与过去化学家们进行能量上坡转化的方式有着相当深刻和根本的不同。”
据报道，在高水平控制下，两次加油循环后的产量为15%。该团队还表示，不利的Diels-Alder产物的合成比之前报道的许多光驱动反应的能源效率高30倍。
在美国工作的过程化学家亚历山德拉·霍洛尼亚(Aleksandra Holownia)没有参与这项研究，他评论说:“化学家们获得了一种新的动力，可以进行积极向上的转化。”“通过重新定义能源格局，我们可以实现能量上不利的化学转化，解决选择性问题，并设计出在传统控制下无法实现的新合成方法。”
Holownia强调，虽然“从概念上讲，这份报告为合成化学家提供了一种思考化学转化的新方法，但它存在效率问题，因为化学燃料无法提供Diels-Alder产物的合成有用产量。”关键是要有一种能量转换器，能对推动自耗过程产生更大的影响。”
Leigh说，增加循环次数或在系链状态下Diels-Alder反应的有效性都可以提高产量。然而，与Holownia的观点一致，通过棘轮状态来提高反应的产率会更有趣。
他说:“这需要最大限度地提高反应物和产物与燃料之间的反应速率差异，以及系链二烯和亲二烯试剂与Diels-Alder加合酸酐之间的水解速率差异。”这被称为反应周期的“动力学不对称”。这是增加燃料转化为废物反应的能量和提高Diels-Alder(产品)产量的关键。”
虽然还有更多的工作要做，但Leigh说他希望这些初步的结果能打开合成化学的工具箱，促使更多的化学燃料的使用，以提供自能合成所需的能量，就像生物学一样。
