Polecane w tym tygodniu
S1-Bromopropan (bromek n-propylu lub nPB) to związek bromoorganiczny o wzorze chemicznym CH3CH2CH2Br. [1] Jest to bezbarwna ciecz. Nieco gęstszy niż woda i słabo rozpuszczalny w wodzie. Po podgrzaniu do wysokich temperatur może wydzielać toksyczne opary. [2]
Wyróżniony Artykuły
Aby zrobić mydło, wystarczy wstawić atom tlenu w wiązanie węgiel-wodór. Przepis może wydawać się prosty. Ale wiązania węgiel-wodór, podobnie jak guma przyklejona do włosów, są trudne do rozerwania. Ponieważ stanowią podstawę znacznie więcej niż tylko mydła, znalezienie sposobu na złamanie tej upartej pary może zrewolucjonizować sposób, w jaki przemysł chemiczny produkuje wszystko, od farmaceutyków po artykuły gospodarstwa domowego. Teraz naukowcy z Harvard University i Cornell University właśnie to zrobili: po raz pierwszy odkryli dokładnie, w jaki sposób reaktywny katalizator miedziowo-azotanowy – który podobnie jak masło orzechowe używane do poluzowania przyczepności gumy do włosów, pomaga wywołać reakcję chemiczną — może przekształcić jedno z tych silnych wiązań węgiel-wodór w wiązanie węgiel-azot, cenny budulec syntezy chemicznej. W artykule opublikowanym w Science, Kurtis Carsch, Ph.D. student Graduate School of Arts and Sciences na Uniwersytecie Harvarda, Ted Betley, profesor chemii Erving na Harvardzie, Kyle Lancaster, profesor nadzwyczajny chemii na Uniwersytecie Cornell i ich zespół współpracowników, nie tylko opisują, w jaki sposób reaktywna miedź-nitren katalizator wykonuje swoją magię, ale także jak butelkować narzędzie, aby zerwać te uparte wiązania węgiel-wodór i wytwarzać produkty takie jak rozpuszczalniki, detergenty i barwniki przy mniejszej ilości odpadów, energii i kosztów. Przemysł często wykuwa podstawy takich produktów (amin) w wieloetapowym procesie: najpierw surowe materiały alkanowe są przekształcane w reaktywne cząsteczki, często za pomocą kosztownych, czasem szkodliwych katalizatorów. Następnie przekształcony substrat musi wymienić grupę chemiczną, co często wymaga zupełnie nowego układu katalitycznego. Unikanie tego etapu pośredniego — i zamiast tego natychmiastowe wprowadzanie pożądanej funkcji bezpośrednio do materiału wyjściowego — może zmniejszyć ogólne zużycie materiałów, energii, kosztów, a potencjalnie nawet toksyczność procesu. Właśnie to Betley i jego zespół zamierzali zrobić: znaleźć katalizator, który mógłby pominąć etapy chemiczne. Mimo że naukowcy od ponad pół wieku poszukiwali dokładnego składu reaktywnego katalizatora miedziowo-azotanowego, a nawet spekulowali, że miedź i azot mogą być rdzeniem narzędzia chemicznego, dokładna formacja elektronów pary pozostawała nieznana. „Elektrony są jak nieruchomości, człowieku. Lokalizacja jest najważniejsza” – powiedział Betley. „Rozmieszczenie elektronów w cząsteczce jest ściśle związane z jej reaktywnością” – powiedział Lancaster, który wraz z Idą DiMucci, doktorantką w swoim laboratorium, pomógł ustalić inwentaryzację elektronów na miedzi i azocie. Używając spektroskopii rentgenowskiej, aby znaleźć energie, w których fotony byłyby absorbowane - znak nieobecności elektronu - odkryli dwie odrębne dziury w azocie. „Ten smak azotu – w którym brakuje tych dwóch elektronów – był zaangażowany w reaktywność od dziesięcioleci, ale nikt nie dostarczył bezpośrednich dowodów eksperymentalnych na istnienie takiego gatunku”. Mają teraz. Zazwyczaj, jeśli atom miedzi wiąże się z azotem, oba oddają część swoich elektronów, tworząc wiązanie kowalencyjne, w którym równo dzielą się elektronami. „W tym przypadku”, powiedział Betley, „jest to azot z dwoma otworami, więc ma dwa wolne rodniki i jest po prostu związany samotną parą z miedzią”. To wiązanie zapobiega ulatnianiu się lotnego nitrenu i wykonywaniu destrukcyjnej chemii ze wszystkim, co stanie mu na drodze. Na przykład, kiedy ktoś skaleczy się w nogę, organizm wysyła reaktywne formy tlenu, podobne do tych rodników nitrenu. Reaktywne formy tlenu atakują atakujące pasożyty lub czynniki zakaźne, ale mogą również uszkodzić DNA. Tak więc, aby powstrzymać reaktywny nitren, pierwszy autor Carsch zbudował masywną klatkę w postaci ligandu. Ligand, przypominający organiczne krzewy otaczające parę nitrenu miedzi, utrzymuje katalizator w stanie nienaruszonym. Wytnij te krzewy i wprowadź inną substancję - na przykład wiązanie węgiel-wodór - a ognisty nitren zacznie działać. Betley nazywa katalizator kluczem szkieletowym, narzędziem z potencjałem do odblokowania wiązań, które w przeciwnym razie byłyby zbyt silne, aby można je było wykorzystać w syntezie. „Mamy nadzieję, że uda nam się wygenerować te związki chemiczne, które będą teraz tak reaktywne, że uczynią najbardziej obojętny rodzaj substancji, jakie mamy wokół nas, jako coś, z czym możemy się bawić” – powiedział. „To byłoby naprawdę, naprawdę potężne”. Ponieważ bloki budulcowe – takie jak miedź i aminy – są obfite i tanie, klucz szkieletowy może odblokować bardziej praktyczne sposoby wytwarzania farmaceutyków lub produktów gospodarstwa domowego. Kiedy Carsch po raz pierwszy stworzył cząsteczkę, „dosłownie podskakiwał z radości” – powiedział Betley. „Byłem jak„ OK, uspokój się ”. Ale wyniki były bardziej interesujące: nitren reaguje lepiej niż oczekiwano, mimo że „cząsteczka nie ma prawa być stabilna”, a struktura wiązania wyglądała inaczej niż którykolwiek z projektów zaproponowane w ciągu ostatnich sześciu dekad badań. „Gdybyśmy zaproponowali to na samym początku, myślę, że ludzie by się z nas wyśmiewali”. Chociaż Betley ścigał ten nieuchwytny gatunek – co Lancaster nazywa „polowaniem na grubego zwierza” – odkąd uruchomił swoje laboratorium w 2007 roku, mniej dba o swoje zwycięstwo, a bardziej o swoich współpracowników. „Całkowitą przyjemność sprawia mi obserwowanie, jak Kurtis i inni moi uczniowie są bardzo podekscytowani tym, co naprawdę udało im się zrobić”. Carsch stawił czoła zarówno krytykom, jak i chemicznym murom, ale mimo to nie ustawał w polowaniu. „Cieszę się, że jest uparty, tak samo uparty jak ja” — powiedział Betley. Oboje mogą być tak uparci, jak więzy, które mogą teraz zerwać. W Cornell, kiedy Lancaster i student piątego roku DiMucci potwierdzili odkrycia, „wysłał dość kolorowy e-mail” do zespołu Betley. Ale on też docenia swoich współpracowników. DiMucci spędził siedem dni w Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, analizując wraz ze swoim zespołem strukturę elektronową katalizatora. „Bez ich nowych możliwości eksperymentalnych” — powiedział Lancaster — „naprawdę nie mielibyśmy stosunku sygnału do szumu i niskiego tła, co ułatwiło identyfikację tego obiektu”. Następnie zespół mógł czerpać inspirację z tego nowego projektu, aby zbudować katalizatory o jeszcze szerszym zastosowaniu, na przykład odzwierciedlając naturalny sposób przekształcania niebezpiecznego metanu w metanol. „Prawdziwym świętym Graalem byłoby powiedzieć:„ OK, to wiązanie CH tam, to konkretne w tej cząsteczce, chcę przekształcić to w wiązanie CN lub wiązanie CO ”- powiedział Lancaster.
Naukowcy z University of Birmingham opracowali sposób wytwarzania organicznych polimerów z pachnących molekuł drzew iglastych i drzew owocowych. Technika, opracowana do zastosowań związanych z drukiem 3D, może doprowadzić do powstania nowej generacji zrównoważonych materiałów do zastosowań biomedycznych lub prototypów. Cząsteczki zwane terpenami znajdują się w olejkach eterycznych wielu różnych roślin i są często stosowane w perfumach, kosmetykach i innych produktach gospodarstwa domowego. Ponieważ są trudne do wydobycia i przetworzenia, często zastępuje się je syntetycznymi wersjami. Terpeny mogą być również wykorzystywane do produkcji żywic. To czyni je niezwykle interesującymi dla chemików i inżynierów badających nowe zrównoważone polimery, które zastąpią tworzywa sztuczne wytwarzane z produktów petrochemicznych. Wyzwanie polega na znalezieniu sposobu przetwarzania terpenów wystarczająco wydajnie, aby wyprodukować interesujące materiały. Naukowcy z University of Birmingham's School of Chemistry opracowali technikę ekstrakcji cząsteczek i przekształcania ich w stabilne żywice. Łącząc je ze związkami organicznymi na bazie siarki, zwanymi tiolami, żywice można aktywować światłem, tworząc stały materiał. Ich wyniki zostały opublikowane w Polymer Chemistry. Przetwarzanie terpenów w ten sposób czyni je szczególnie przydatnymi w procesie drukowania trójwymiarowego zwanym stereolitografią, w którym obiekty są budowane z wielu warstw i łączone ze sobą w świetle UV, tworząc obiekty trójwymiarowe. Główny autor, profesor Andrew Dove, wyjaśnia: „Musimy znaleźć zrównoważone sposoby wytwarzania produktów polimerowych, które nie opierają się na produktach petrochemicznych. Uznano, że terpeny mają prawdziwy potencjał w tych poszukiwaniach, a nasza praca jest obiecującym krokiem w kierunku możliwości wykorzystania tych naturalnych produktów”. Różne terpeny wytwarzają różne właściwości materiałów, a następnym krokiem zespołu jest dokładniejsze zbadanie tych właściwości, aby lepiej je kontrolować. Chociaż substancje zapachowe nie są kluczowe dla właściwości materiału terpenów, naukowcy są zainteresowani sprawdzeniem, czy można je również wykorzystać w niektórych produktach.
