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1-Bromopropane
S1-Bromopropano (n-propilbromuro o nPB) è un composto di organobromo con la formula chimica CH3CH2CH2Br. [1] È un liquido incolore. Leggermente più denso dell'acqua e leggermente solubile in acqua. Se riscaldato a temperature elevate può emettere fumi tossici. [2]
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L'architettura di recente scoperta di un complesso rame-nitrenoide potrebbe rivoluzionare la sintesi chimica
Per fare il sapone, basta inserire un atomo di ossigeno in un legame carbonio-idrogeno. La ricetta può sembrare semplice. Ma i legami carbonio-idrogeno, come la gomma attaccata ai capelli, sono difficili da separare. Dal momento che forniscono le basi per molto più del semplice sapone, trovare un modo per rompere quella coppia ostinata potrebbe rivoluzionare il modo in cui le industrie chimiche producono di tutto, dai prodotti farmaceutici ai prodotti per la casa. Ora, i ricercatori dell'Università di Harvard e della Cornell University hanno fatto proprio questo: per la prima volta, hanno scoperto esattamente come un catalizzatore reattivo rame-nitrene, che, come il burro di arachidi usato per allentare la presa della gomma sui capelli, aiuta a stimolare una reazione chimica —potrebbe trasformare uno di quei forti legami carbonio-idrogeno in un legame carbonio-azoto, un prezioso elemento costitutivo per la sintesi chimica. In un articolo pubblicato su Science, Kurtis Carsch, un dottorato di ricerca. studente della Graduate School of Arts and Sciences dell'Università di Harvard, Ted Betley, il Professore di Chimica Erving ad Harvard, Kyle Lancaster, Professore associato di Chimica alla Cornell University, e il loro team di collaboratori, non solo descrivono come un rame-nitrene reattivo catalyst esegue la sua magia, ma anche come imbottigliare lo strumento per rompere quei legami carbonio-idrogeno ostinati e realizzare prodotti come solventi, detergenti e coloranti con meno sprechi, energia e costi. Le industrie spesso creano le fondamenta di tali prodotti (ammine) attraverso un processo a più fasi: in primo luogo, i materiali alcano grezzi vengono convertiti in molecole reattive, spesso con catalizzatori ad alto costo, a volte nocivi. Quindi, il substrato trasformato deve scambiare un gruppo chimico, che spesso richiede un sistema catalitico completamente nuovo. Evitare quella fase intermedia - e invece inserire istantaneamente la funzione desiderata direttamente nel materiale di partenza - potrebbe ridurre i materiali complessivi, l'energia, i costi e potenzialmente anche la tossicità del processo. Questo è ciò che Betley e il suo team miravano a fare: trovare un catalizzatore che potesse saltare i passaggi chimici. Anche se i ricercatori hanno cercato per oltre mezzo secolo l’esatta composizione di un catalizzatore reattivo rame-nitrene e hanno persino ipotizzato che rame e azoto potessero essere il nucleo dello strumento chimico, l’esatta formazione degli elettroni della coppia è rimasta sconosciuta. "Gli elettroni sono come le proprietà immobiliari, amico. La posizione è tutto," ha detto Betley. "La disposizione degli elettroni in una molecola è intimamente legata alla sua reattività", ha detto Lancaster, che, insieme a Ida DiMucci, una studentessa laureata nel suo laboratorio, ha contribuito a stabilire gli inventari degli elettroni sul rame e sull'azoto. Usando la spettroscopia a raggi X per trovare le energie in cui i fotoni verrebbero assorbiti - il segno dell'assenza di un elettrone - hanno trovato due buchi distinti sull'azoto. "Questo sapore di azoto, in cui mancano questi due elettroni, è stato implicato nella reattività per decenni, ma nessuno ha fornito prove sperimentali dirette per una specie del genere." Lo hanno fatto adesso. In genere, se un atomo di rame si lega a un azoto, entrambi cedono alcuni dei loro elettroni per formare un legame covalente, in cui condividono equamente gli elettroni. "In questo caso", ha detto Betley, "è l'azoto con due fori su di esso, quindi ha due radicali liberi ed è semplicemente legato da una coppia solitaria al rame." Questo legame impedisce al nitrene volatile di sfrecciare via e di eseguire una chimica distruttiva con qualunque cosa si trovi sulla sua strada. Quando qualcuno si taglia una gamba, ad esempio, il corpo invia una specie reattiva dell'ossigeno, simile a questi radicali nitrenici. Le specie reattive dell'ossigeno attaccano parassiti invasori o agenti infettivi, ma possono anche danneggiare il DNA. Quindi, per contenere il nitrene reattivo, il primo autore Carsch ha costruito una massiccia gabbia a forma di ligando. Il ligando, come il cespuglio organico che circonda la coppia di nitrene di rame, mantiene intatto il catalizzatore. Taglia quei cespugli e introduci un'altra sostanza, come un legame carbonio-idrogeno, e il nitrene ardente entra in azione. Betley chiama il catalizzatore una chiave scheletrica, uno strumento con il potenziale per sbloccare legami che altrimenti sarebbero troppo forti per essere utilizzati in sintesi. "Speriamo di poter generare queste specie chimiche che ora saranno così reattive da rendere il tipo più inerte di sostanze che abbiamo intorno a noi come qualcosa con cui possiamo giocare", ha detto. "Sarebbe davvero, davvero potente." Poiché gli elementi costitutivi, come il rame e le ammine, sono abbondanti ed economici, la chiave di volta potrebbe sbloccare modi più pratici per produrre prodotti farmaceutici o per la casa. Quando Carsch creò per la prima volta la molecola, "balzava letteralmente di gioia", ha detto Betley. "Ho pensato, 'OK, sistemati.'" Ma i risultati sono diventati più interessanti: il nitrene reagisce meglio del previsto anche se "la molecola non ha il diritto di essere stabile" e la struttura di legame sembrava diversa da qualsiasi altro progetto proposte nel corso degli ultimi sessant’anni di ricerca. "Se lo avessimo proposto all'inizio, penso che la gente ci avrebbe deriso." Anche se Betley ha inseguito questa specie sfuggente—quella che Lancaster chiama "caccia grossa"—da quando ha lanciato il suo laboratorio nel 2007, si preoccupa meno della sua vittoria e più dei suoi collaboratori. "Provo tutto il mio divertimento nel vedere Kurtis e gli altri miei studenti essere super entusiasti di ciò che sono stati effettivamente in grado di realizzare." Carsch dovette affrontare sia le critiche che i muri chimici, ma persistette comunque nella sua caccia. "Sono felice che sia testardo, testardo quanto me", ha detto Betley. Entrambi potrebbero essere testardi come i legami che ora possono rompere. Alla Cornell, quando Lancaster e lo studente laureato del quinto anno DiMucci confermarono i risultati, "inviò un'e-mail piuttosto colorata" al team di Betley. Ma anche lui dà credito ai suoi collaboratori. DiMucci ha trascorso sette giorni presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource analizzando la struttura elettronica del catalizzatore con il loro team. "Senza le loro nuove capacità sperimentali", ha detto Lancaster, "non avremmo avuto il segnale di rumore e il basso fondo che hanno reso l'identificazione di questa cosa abbastanza facile." Successivamente, il team potrebbe trarre ispirazione da questo nuovo progetto per costruire catalizzatori con applicazioni di portata ancora più ampia, come rispecchiare il modo in cui la natura converte il metano pericoloso in metanolo. "Un vero Santo Graal sarebbe dire: 'OK, quel legame CH lì, quel particolare in questa molecola, voglio trasformarlo in un legame CN o un legame CO'", ha detto Lancaster.
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Produrre polimeri sostenibili da molecole profumate
Gli scienziati dell'Università di Birmingham hanno sviluppato un metodo per produrre polimeri organici dalle molecole profumate presenti nelle conifere e negli alberi da frutto. La tecnica, sviluppata per applicazioni di stampa 3D, potrebbe portare a una nuova generazione di materiali sostenibili da utilizzare in applicazioni biomediche o nella prototipazione. Chiamate terpeni, le molecole si trovano negli oli essenziali di un'ampia varietà di piante e sono spesso utilizzate in fragranze, cosmetici e altri prodotti per la casa. Poiché sono difficili da estrarre ed elaborare, le versioni sintetiche vengono spesso sostituite. I terpeni possono anche essere utilizzati per produrre resine. Ciò li rende estremamente interessanti per chimici e ingegneri che studiano nuovi polimeri sostenibili per sostituire la plastica prodotta da prodotti petrolchimici. La sfida è trovare un modo per elaborare i terpeni in modo sufficientemente efficiente da produrre materiali interessanti. I ricercatori della Scuola di Chimica dell'Università di Birmingham hanno ideato una tecnica per estrarre le molecole e convertirle in resine stabili. Combinandole con composti organici a base di zolfo chiamati tioli, le resine possono essere attivate dalla luce per formare un materiale solido. I loro risultati sono pubblicati su Polymer Chemistry. L'elaborazione dei terpeni in questo modo li rende particolarmente utili in un processo di stampa 3D chiamato stereolitografia, in cui gli oggetti vengono costruiti in più strati e fusi insieme sotto la luce UV per formare oggetti 3D. L'autore principale, il professor Andrew Dove, spiega: "Dobbiamo trovare modi sostenibili per realizzare prodotti polimerici che non si basino su prodotti petrolchimici. È stato riconosciuto che i terpeni hanno un potenziale reale in questa ricerca e il nostro lavoro è un passo promettente verso la possibilità di sfruttare questi prodotti naturali." Terpeni diversi producono proprietà materiali diverse e il passo successivo per il team è quello di indagare tali proprietà in modo più approfondito per controllarle meglio. Sebbene le fragranze non siano fondamentali per le proprietà materiali dei terpeni, i ricercatori sono interessati a vedere se possono essere sfruttate anche in alcuni prodotti.
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