ظهرت هذا الأسبوع
S1-Bromopropane (n-propylbromide أو nPB) هو مركب عضوي بروميني مع الصيغة الكيميائية CH3CH2CH2Br. [1] وهو سائل عديم اللون. أكثر كثافة من الماء وقابل للذوبان في الماء قليلاً. عند التسخين إلى درجات حرارة عالية قد تنبعث منها أبخرة سامة [2]
مميز مقالات
لصنع الصابون ، ما عليك سوى إدخال ذرة أكسجين في رابطة الكربون والهيدروجين. قد تبدو الوصفة بسيطة. لكن روابط الكربون-الهيدروجين ، مثل اللثة العالقة في الشعر ، يصعب تفكيكها. نظرًا لأنها توفر الأساس لأكثر من مجرد الصابون ، فإن إيجاد طريقة لكسر هذا الزوج العنيد يمكن أن يحدث ثورة في كيفية إنتاج الصناعات الكيماوية لكل شيء من الأدوية إلى السلع المنزلية. الآن، قام الباحثون في جامعة هارفارد وجامعة كورنيل بذلك: لأول مرة، اكتشفوا بالضبط كيف يساعد محفز النحاس والنيترين التفاعلي - والذي مثل زبدة الفول السوداني المستخدمة لتخفيف قبضة العلكة على الشعر - في تحفيز حدوث تفاعل كيميائي - يمكن أن يحول إحدى روابط الكربون والهيدروجين القوية إلى رابطة كربون ونيتروجين، وهي لبنة بناء قيمة للتخليق الكيميائي. في ورقة بحثية نُشرت في مجلة Science ، حاصل على دكتوراه كورتيس كارسش. طالب في كلية الدراسات العليا للفنون والعلوم في جامعة هارفارد ، تيد بيتلي ، أستاذ الكيمياء في جامعة هارفارد ، كايل لانكستر ، أستاذ الكيمياء المساعد في جامعة كورنيل ، وفريقهم من المتعاونين ، لا يصفون فقط كيفية تفاعل نحاس نيترين يقوم المحفز بأداء سحره ، ولكن أيضًا كيفية تعبئة الأداة لكسر روابط الكربون والهيدروجين العنيدة وصنع منتجات مثل المذيبات والمنظفات والأصباغ بأقل قدر من النفايات والطاقة والتكلفة. غالبًا ما تصوغ الصناعات أساس مثل هذه المنتجات (الأمينات) من خلال عملية متعددة الخطوات: أولاً ، يتم تحويل مواد الألكان الخام إلى جزيئات تفاعلية ، غالبًا بمحفزات عالية التكلفة ضارة أحيانًا. بعد ذلك ، تحتاج الركيزة المحولة إلى تبادل مجموعة كيميائية ، والتي تتطلب غالبًا نظامًا تحفيزيًا جديدًا بالكامل. يمكن أن يؤدي تجنب تلك الخطوة الوسيطة - وبدلاً من ذلك إدخال الوظيفة المطلوبة مباشرةً في مادة البداية - إلى تقليل المواد الإجمالية والطاقة والتكلفة وربما حتى سمية العملية. وهذا ما كان بيتلي وفريقه يهدفون إلى فعله: العثور على محفز يمكنه تخطي الخطوات الكيميائية. على الرغم من أن الباحثين قد بحثوا عن التركيب الدقيق لمحفز النحاس والنيترين التفاعلي لأكثر من نصف قرن، بل وتكهنوا بأن النحاس والنيتروجين قد يكونان جوهر الأداة الكيميائية، إلا أن التكوين الدقيق لإلكترونات الزوج ظل غير معروف. "الإلكترونات مثل العقارات يا رجل. وقال بيتلي: "الموقع هو كل شيء". قال لانكستر، الذي ساعد مع إيدا ديموتشي، طالبة الدراسات العليا في مختبره، في إنشاء مخزونات الإلكترونات الموجودة على النحاس والنيتروجين: "يرتبط ترتيب الإلكترونات في الجزيء ارتباطًا وثيقًا بتفاعليته". وباستخدام التحليل الطيفي للأشعة السينية للعثور على الطاقات التي سيتم من خلالها امتصاص الفوتونات - وهي علامة غياب الإلكترون - وجدوا فتحتين متميزتين في النيتروجين. "إن نكهة النيتروجين هذه - التي فقدت فيها هذين الإلكترونين - كانت متورطة في التفاعل لعقود من الزمن، ولكن لم يقدم أحد دليلاً تجريبيًا مباشرًا لمثل هذا النوع." لديهم الآن. عادةً ، إذا ارتبطت ذرة نحاسية بالنيتروجين ، فإن كلاهما يتخلى عن بعض إلكتروناتهما لتكوين رابطة تساهمية ، حيث يتشاركان الإلكترونات بشكل عادل. "في هذه الحالة،" قال بيتلي، "النيتروجين به ثقبان، لذا فهو يحتوي على جذرين حرين وهو مرتبط فقط بزوج وحيد في النحاس." يمنع هذا الارتباط النيترين المتطاير من الانطلاق وإجراء كيمياء مدمرة مع أي شيء يعترض طريقه. عندما يصاب شخص ما بجرح في ساقه ، على سبيل المثال ، يرسل الجسم نوعًا من الأكسجين التفاعلي ، على غرار جذور النيترين هذه. تهاجم أنواع الأكسجين التفاعلية الطفيليات الغازية أو العوامل المعدية ، لكنها يمكن أن تدمر الحمض النووي أيضًا. لذلك ، لاحتواء النيترين التفاعلي ، بنى المؤلف الأول كارسش قفصًا ضخمًا على شكل يجند. يحافظ اللاجند - مثل الشجيرات العضوية المحيطة بزوج النيترين النحاسي - على المحفز سليمًا. قلص تلك الشجيرات وأدخل مادة أخرى - مثل رابطة الكربون والهيدروجين - وسيبدأ النيترين الناري في العمل. يسمي بيتلي المحفز بالمفتاح الهيكلي ، وهو أداة لديها القدرة على فتح الروابط التي قد تكون قوية جدًا لاستخدامها في التوليف. وقال: "نأمل أن نتمكن من توليد هذه الأنواع الكيميائية التي ستكون الآن شديدة التفاعل بحيث تجعل أكثر أنواع المواد الخاملة الموجودة حولنا شيئًا يمكننا اللعب به". "سيكون ذلك قويًا حقًا." وبما أن العناصر الأساسية - مثل النحاس والأمينات - وفيرة ورخيصة، فإن المفتاح الهيكلي يمكن أن يفتح طرقًا أكثر عملية لصنع الأدوية أو المنتجات المنزلية. وقال بيتلي إنه عندما صنع كارش الجزيء لأول مرة، "كان يغمره الفرح حرفيًا". "قلت لنفسي: حسنًا، اهدأ." لكن النتائج أصبحت أكثر إثارة للاهتمام: يتفاعل النيترين بشكل أفضل من المتوقع على الرغم من أن "الجزيء ليس له الحق في أن يكون مستقرًا"، وبدا هيكل الترابط مختلفًا عن أي من التصميمات. المقترحة خلال العقود الستة الماضية من البحث. "لو أننا اقترحنا ذلك في البداية، أعتقد أن الناس كانوا سيسخرون منا." على الرغم من أن بيتلي طارد هذا النوع بعيد المنال - وهو ما يسميه لانكستر "صيد الطرائد الكبيرة" - منذ أن أطلق مختبره في عام 2007، إلا أنه يهتم بدرجة أقل بفوزه وأكثر بالمتعاونين معه. "أستمتع بكل ما أستمتع به من رؤية كورتيس وطلابي الآخرين وهم متحمسون جدًا لما تمكنوا بالفعل من تحقيقه." واجه كارش النقاد والجدران الكيميائية لكنه استمر في مطاردته رغم ذلك. وقال بيتلي: "أنا سعيد لأنه عنيد مثلي". قد يكون كلاهما عنيدًا مثل الروابط التي يمكنهم كسرها الآن. في جامعة كورنيل، عندما أكد لانكستر وطالب الدراسات العليا ديموتشي في السنة الخامسة النتائج، "أرسل بريدًا إلكترونيًا ملونًا إلى حد ما" إلى فريق بيتلي. لكنه ، أيضًا ، ينسب الفضل إلى مساعديه. قضى DiMucci سبعة أيام في مصدر ضوء الإشعاع السنكروتروني بجامعة ستانفورد لتحليل البنية الإلكترونية للمحفز مع فريقهم. وقال لانكستر: "لولا قدراتهم التجريبية الجديدة، لم نكن لنحصل على إشارة للضوضاء والخلفية المنخفضة التي جعلت التعرف على هذا الشيء سهلاً للغاية". بعد ذلك، يمكن للفريق أن يستمد الإلهام من هذا التصميم الجديد لبناء محفزات ذات تطبيقات أوسع نطاقًا، مثل عكس طريقة الطبيعة في تحويل الميثان الخطير إلى ميثانول. وقال لانكستر: "الكأس المقدسة الحقيقية هي أن نقول، حسنًا، رابطة CH هناك، تلك الرابطة المحددة في هذا الجزيء، أريد تحويلها إلى رابطة CN أو رابطة ثاني أكسيد الكربون".
تم تطوير طريقة لصنع البوليمرات العضوية من الجزيئات العطرية في الصنوبريات وأشجار الفاكهة من قبل العلماء في جامعة برمنغهام. يمكن أن تؤدي هذه التقنية، التي تم تطويرها لتطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد، إلى جيل جديد من المواد المستدامة لاستخدامها في التطبيقات الطبية الحيوية أو النماذج الأولية. تسمى الجزيئات بالتربين، وتوجد في الزيوت الأساسية لمجموعة واسعة من النباتات وغالباً ما تستخدم في العطور ومستحضرات التجميل وغيرها من المنتجات المنزلية. نظرًا لصعوبة استخلاصها ومعالجتها، غالبًا ما يتم استبدال الإصدارات الاصطناعية. يمكن أيضًا استخدام التربينات لإنتاج الراتنجات. وهذا يجعلها مثيرة للاهتمام للغاية للكيميائيين والمهندسين الذين يبحثون عن بوليمرات مستدامة جديدة لتحل محل المواد البلاستيكية المصنوعة من البتروكيماويات. ويتمثل التحدي في إيجاد طريقة لمعالجة التربينات بكفاءة كافية لإنتاج مواد مثيرة للاهتمام. وقد ابتكر الباحثون في كلية الكيمياء بجامعة برمنغهام تقنية لاستخراج الجزيئات وتحويلها إلى راتنجات مستقرة. ومن خلال دمجها مع مركبات عضوية قائمة على الكبريت تسمى الثيول، يمكن تنشيط الراتنجات بالضوء لتشكيل مادة صلبة. يتم نشر نتائجهم في كيمياء البوليمرات. إن معالجة التربينات بهذه الطريقة تجعلها مفيدة بشكل خاص في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تسمى الطباعة الحجرية المجسمة، حيث يتم بناء الكائنات في طبقات متعددة ودمجها معًا تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتكوين كائنات ثلاثية الأبعاد. يوضح المؤلف الرئيسي، البروفيسور أندرو دوف: "نحن بحاجة إلى إيجاد طرق مستدامة لصنع منتجات البوليمر التي لا تعتمد على البتروكيماويات. لقد تم الاعتراف بأن التربينات تتمتع بإمكانات حقيقية في هذا البحث ويعد عملنا خطوة واعدة نحو القدرة على تسخيرها هذه المنتجات الطبيعية." تنتج التربينات المختلفة خواصًا مختلفة للمواد، والخطوة التالية للفريق هي التحقق من تلك الخصائص بشكل كامل للتحكم فيها بشكل أفضل. على الرغم من أن العطور ليست مفتاحًا لخصائص مادة التربين، إلا أن الباحثين مهتمون بمعرفة ما إذا كان من الممكن أيضًا تسخيرها في بعض المنتجات.
