Uitgelicht deze week
S1-Bromopropane (n-propylbromide of nPB) is een organobroomverbinding met de chemische formule CH3CH2CH2Br. [1] Het is een kleurloze vloeistof. Iets dichter dan water en enigszins oplosbaar in water. Bij verhitting tot hoge temperaturen kunnen giftige dampen vrijkomen. [2]
Uitgelicht Artikelen
Om zeep te maken, steekt u gewoon een zuurstofatoom in een koolstof-waterstofbinding. Het recept klinkt misschien simpel. Maar koolstof-waterstofbruggen zijn, zoals kauwgom die in haar vastzit, moeilijk uit elkaar te trekken. Omdat ze de basis vormen voor veel meer dan alleen zeep, zou het vinden van een manier om dat koppige paar te doorbreken een revolutie teweegbrengen in de manier waarop chemische industrieën alles produceren, van farmaceutische producten tot huishoudelijke artikelen. Nu hebben onderzoekers van Harvard University en Cornell University precies dat gedaan: voor het eerst ontdekten ze precies hoe een reactieve koper-nitreen-katalysator – die net als de pindakaas die wordt gebruikt om de grip van het tandvlees op het haar los te maken, helpt een chemische reactie op gang te brengen. – zou een van die sterke koolstof-waterstofbindingen kunnen transformeren in een koolstof-stikstofbinding, een waardevolle bouwsteen voor chemische synthese. In een paper gepubliceerd in Science, Kurtis Carsch, een Ph.D. student aan de Graduate School of Arts and Sciences aan de Harvard University, Ted Betley, de Erving Professor of Chemistry aan Harvard, Kyle Lancaster, Associate Professor of Chemistry aan de Cornell University, en hun team van medewerkers, beschrijven niet alleen hoe een reactief koper-nitreen katalysator voert zijn magie uit, maar ook hoe hij het gereedschap moet bottelen om die hardnekkige koolstof-waterstofbruggen te verbreken en producten zoals oplosmiddelen, wasmiddelen en kleurstoffen te maken met minder afval, energie en kosten. Industrieën leggen vaak de basis van dergelijke producten (aminen) door middel van een meerstapsproces: ten eerste worden ruwe alkaanmaterialen omgezet in reactieve moleculen, vaak met dure, soms schadelijke katalysatoren. Vervolgens moet het getransformeerde substraat een chemische groep uitwisselen, waarvoor vaak een heel nieuw katalytisch systeem nodig is. Het vermijden van die tussenstap - en in plaats daarvan onmiddellijk de gewenste functie direct in het uitgangsmateriaal invoegen - zou de totale materialen, energie, kosten en mogelijk zelfs de toxiciteit van het proces kunnen verminderen. Dat is wat Betley en zijn team wilden doen: een katalysator vinden die chemische stappen kan overslaan. Hoewel onderzoekers al meer dan een halve eeuw op zoek zijn naar de exacte samenstelling van een reactieve koper-nitreen-katalysator en zelfs speculeren dat koper en stikstof de kern van het chemische instrument zouden kunnen zijn, bleef de exacte vorming van de elektronen van het paar onbekend. ‘Elektronen zijn als onroerend goed, man. Locatie is alles', zei Betley. "De dispositie van elektronen in een molecuul is nauw verbonden met de reactiviteit ervan", zegt Lancaster, die samen met Ida DiMucci, een afgestudeerde student in zijn laboratorium, hielp bij het vaststellen van de inventarissen van elektronen op koper en stikstof. Met behulp van röntgenspectroscopie om energieën te vinden waar fotonen zouden worden geabsorbeerd – het teken van de afwezigheid van een elektron – vonden ze twee duidelijke gaten in de stikstof. "Deze smaak van stikstof - waarbij deze twee elektronen ontbreken - is al tientallen jaren betrokken bij reactiviteit, maar niemand heeft direct experimenteel bewijs geleverd voor een dergelijke soort." Dat hebben ze nu. Als een koperatoom zich bindt aan een stikstofatoom, geven ze meestal een deel van hun elektronen op om een covalente binding te vormen, waarin ze de elektronen gelijkelijk delen. "In dit geval," zei Betley, "is het de stikstof met twee gaten erin, dus het heeft twee vrije radicalen en het is gewoon door een eenzaam paar gebonden aan het koper." Die binding verhindert dat het vluchtige nitreen wegvliegt en destructieve chemie uitoefent met alles wat het in de weg staat. Wanneer iemand bijvoorbeeld een snee in zijn been krijgt, zendt het lichaam een reactieve zuurstofsoort uit, vergelijkbaar met deze nitreenradicalen. De reactieve zuurstofsoort valt binnendringende parasieten of infectieuze agentia aan, maar ze kunnen ook het DNA beschadigen. Dus om het reactieve nitreen te bevatten, bouwde eerste auteur Carsch een enorme kooi in de vorm van een ligand. De ligand - zoals organische struiken die het kopernitreenpaar omringen - houdt de katalysator intact. Snoei die struiken terug en voeg een andere stof toe - zoals een koolstof-waterstofbinding - en het vurige nitreen gaat aan het werk. Betley noemt de katalysator een skeleton key, een hulpmiddel met het potentieel om bindingen te ontgrendelen die anders te sterk zouden zijn om in synthese te gebruiken. "Hopelijk kunnen we deze chemische soorten genereren die nu zo reactief zullen zijn dat ze de meest inerte stoffen die we om ons heen hebben, tot iets maken waarmee we kunnen spelen", zei hij. "Dat zou echt heel krachtig zijn." Omdat de bouwstenen – zoals koper en aminen – overvloedig en goedkoop zijn, zou de skeletsleutel meer praktische manieren kunnen ontsluiten om farmaceutische of huishoudelijke producten te maken. Toen Carsch het molecuul voor het eerst maakte, "was hij letterlijk opgewonden van vreugde", zei Betley. "Ik had zoiets van: 'Oké, ga zitten.'" Maar de resultaten werden interessanter: het nitreen reageert beter dan verwacht, ook al heeft "het molecuul niet het recht om stabiel te zijn", en de bindingsstructuur zag er anders uit dan bij alle ontwerpen. voorgesteld tijdens de laatste zestig jaar van onderzoek. "Als we het in het begin hadden voorgesteld, denk ik dat mensen ons belachelijk zouden hebben gemaakt." Ook al achtervolgde Betley deze ongrijpbare soort – wat Lancaster de ‘jacht op groot wild’ noemt – sinds hij in 2007 zijn laboratorium lanceerde, geeft hij minder om zijn overwinning en meer om zijn medewerkers. "Ik geniet ervan om Kurtis en mijn andere studenten super enthousiast te zien worden over wat ze daadwerkelijk hebben kunnen maken." Carsch kreeg te maken met zowel critici als chemische muren, maar zette desalniettemin door in zijn jacht. 'Ik ben blij dat hij koppig is, net zo koppig als ik,' zei Betley. Ze zijn misschien allebei zo eigenwijs als de banden die ze nu kunnen verbreken. Toen Lancaster en vijfdejaars student DiMucci op Cornell de bevindingen bevestigden, "stuurde hij een nogal kleurrijke e-mail" naar het Betley-team. Maar ook hij schrijft zijn medewerkers toe. DiMucci bracht zeven dagen door bij de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource en analyseerde samen met hun team de elektronische structuur van de katalysator. "Zonder hun nieuwe experimentele mogelijkheden," zei Lancaster, "zouden we echt niet het signaal-ruissignaal en de lage achtergrond hebben gehad die het identificeren van dit ding vrij eenvoudig maakten." Vervolgens zou het team inspiratie kunnen halen uit dit nieuwe ontwerp om katalysatoren te bouwen met nog bredere toepassingen, zoals het weerspiegelen van de manier waarop de natuur gevaarlijk methaan in methanol omzet. "Een echte heilige graal zou zijn om te zeggen: 'Oké, die CH-binding daar, die specifieke in dit molecuul, ik wil daar een CN-binding of een CO-binding van maken'," zei Lancaster. Dat lijkt misschien een ver-van-mijn-bed-show, maar zijn zogenaamde 'dreamteam' zou wel eens de juiste persoon kunnen zijn om de oplossing te vinden.
Wetenschappers van de Universiteit van Birmingham hebben een manier ontwikkeld om organische polymeren te maken uit de geurige moleculen in coniferen en fruitbomen. De techniek, ontwikkeld voor 3D-printtoepassingen, zou kunnen leiden tot een nieuwe generatie duurzame materialen voor gebruik in biomedische toepassingen of prototyping. De moleculen, die terpenen worden genoemd, worden aangetroffen in de essentiële oliën van een grote verscheidenheid aan planten en worden vaak gebruikt in geuren, cosmetica en andere huishoudelijke producten. Omdat ze lastig te extraheren en te verwerken zijn, worden synthetische versies vaak vervangen. Terpenen kunnen ook worden gebruikt om harsen te produceren. Dit maakt ze uiterst interessant voor scheikundigen en ingenieurs die onderzoek doen naar nieuwe duurzame polymeren ter vervanging van kunststoffen gemaakt uit petrochemicaliën. De uitdaging is om een manier te vinden om de terpenen efficiënt genoeg te verwerken om interessante materialen te produceren. Onderzoekers van de School of Chemistry van de Universiteit van Birmingham hebben een techniek bedacht om de moleculen te extraheren en om te zetten in stabiele harsen. Door ze te combineren met op zwavel gebaseerde organische verbindingen, thiolen genaamd, kunnen de harsen door licht worden geactiveerd om een vast materiaal te vormen. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Polymer Chemistry. Door de terpenen op deze manier te verwerken, zijn ze bijzonder nuttig in een 3D-printproces dat stereolithografie wordt genoemd, waarbij objecten in meerdere lagen worden opgebouwd en onder UV-licht worden samengesmolten om 3D-objecten te vormen. Hoofdauteur professor Andrew Dove legt uit: “We moeten duurzame manieren vinden om polymeerproducten te maken die niet afhankelijk zijn van petrochemicaliën. Er wordt erkend dat terpenen een reëel potentieel hebben in deze zoektocht en ons werk is een veelbelovende stap in de richting van het benutten van deze natuurlijke producten." Verschillende terpenen produceren verschillende materiaaleigenschappen en de volgende stap voor het team is om die eigenschappen vollediger te onderzoeken om ze beter te kunnen controleren. Hoewel de geuren niet bepalend zijn voor de materiaaleigenschappen van de terpenen, zijn onderzoekers geïnteresseerd om te zien of ze ook in sommige producten kunnen worden verwerkt.
