کاتالیست شیمیایی  تبدیل زباله به گنج

یک مسیر ساده برای ارزش بخشیدن به مولکول‌های اضافه ‌شده

خلاصه

تحقیقات جدید توانایی استفاده از یک کاتالیزور دی رودیم را نشان می‌دهد که به طور انتخابی پیوند C – H را به روش ساده حفظ می‌کند، در حالی که کنترل کامل شکل سه ‌بعدی مولکول‌های تولید شده را نیز حفظ می‌کند.

“به گفته جی . تی . فو – دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه  Emory و اولین مولف این مقاله : ” ما می‌توانیم یک هیدروکربن ارزان و غنی از قبیل، مواد دارویی و مواد شیمیایی خوب دیگر را ، با کارآیی محدود به یک داربست با ارزش برای توسعه ترکیبات جدید تغییر دهیم،.”

دهه‌ها می گذرد که شیمی دان‌ها مایل به انجام دقیق شیمی کنترل‌شده بر روی پیوندهای هیدروژنی کربن هستند. این چالشی ابهام برانگیز است . برای شکستن این پیوندهای بسیار قوی،  به قدرت یک توپ خرد کننده کوچک و یک موچین میکروسکوپی ظریف نیاز است تا پیوندهای خاص C – H  را از میان حجم انبوهی از مولکول،  تفکیک نماید.

مجله طبیعت به منظور فعالسازی مجدد پیوندهای غیر فعال C-H روشی را منتشر کرد که هر دوی این عوامل را ترکیب کرده و پیوند غیر بی اثر  C – H را مجدد فعال می نماید – بطور موثر ” زباله های ” شیمیایی را به ” گنج ” تبدیل می کند.

به گفته جی . تی . فو – دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه  Emory و اولین مولف این مقاله : ” ما می‌توانیم یک هیدروکربن ارزان و غنی از قبیل، مواد دارویی و مواد شیمیایی خوب دیگر را ، با کارآیی محدود،  به یک ساختار با ارزش برای توسعه ترکیبات جدید تغییر دهیم،

کاتالیست شیمیایی تبدیل زباله به گنج

مقاله طبیعی در مورد کاتالیست

مقاله طبیعت آخرین نسخه از سری مقالات دانشگاه اموری است که توانایی استفاده از یک کاتالیزور دی رودیوم را نشان می‌دهد که به طور انتخابی پیوند C – H را به شیوه‌ ای ساده حفظ می‌کند، در حالی که کنترل کامل شکل سه ‌بعدی مولکول‌های تولید شده را نیز حفظ می‌کند.

هوو دیویس ، استاد شیمی آلی و نویسنده ارشد این مقاله می گوید: ” این کاتالیست اخیر، چنان انتخابی است که تنها برای یک پیوندC-H  بصورت تمیز انجام می‌شود ،حتی اگر چندین پیوند C-H مشابه آن در مولکول وجود داشته باشد. ” . سورپرایز بزرگی بود ، حتی برای ما ”

کاتالیزگر دی رودیوم،  بر روی یک لایه از ترت بوتیل سیکلو هگزان ( tert butyl cyclohexane ) ، یک هیدروکربن – یکی از ساده‌ترین مولکول‌های آلی – که شامل تمام پیوندهای C – H می‌شود ، کار می‌کند.

دیویس می گوید: ” نه تنها می‌توانیم یک واکنش کاملا ً بی‌سابقه را انجام دهیم ، بلکه می‌توانیم آن را تحت شرایط بسیار ساده نیز انجام دهیم. ” ترت بوتیل سیکلو هگزان یک ساختار آلی کلاسیک در شیمی است که به تایید پتانسیل مسیر اصلی عملکرد C-H کمک می کند. ”

نظر دیویس در مورد کاتالیست شیمیایی

دیویس همچنین مدیر مرکز بنیاد علوم ملی برای عملی سازی C-H انتخابی که  یک ائتلاف مستقر در دانشگاه اموری با دارا بودن  ۱۵ دانشگاه تحقیقاتی اصلی از سراسر کشور به همراه  همتایان صنعتی است، می باشد.

نویسندگان مشترک مقاله طبیعت عبارتند از: Djamaladdin Musaev مدیر مرکز محاسبات علمی بخش Cherry L. Emerson دانشگاه اموری؛ Zhi Ren: دانشجوی دوره دکترا در آزمایشگاه دیویس و John Bacsa مدیر تاسیسات آزمایشگاه کریستالوگرافی دانشگاه اموری.

سنتز آلی به روش سنتی روی اصلاح واکنش، یا بصورت عملکردی ، روی گروه‌ها در یک مولکول تمرکز دارد . عامل دارسازی C – H این قانون را برای چگونگی ساخت ترکیبات تجزیه می‌کند : عملی سازی C-H این قانون را برای چگونگی ساخت ترکیبات می‌شکند.

این امر موجب کنار گذاشتن گروه‌های واکنش گرا  شده و به طور طبیعی پیوندهای غیر فعال کربن-هیدروژن فراوان در ترکیبات آلی را ، سنتز میکند.

هدف از این کار ، تبدیل موثر مولکول‌های ساده و فراوان- در برخی موارد حتی مواد زائد شیمیایی – به مولکول‌های  دارای ارزش افزوده بسیار پیچیده‌تر می‌ باشد. عملی سازی پیوندهای C – H ، مسیرهای شیمیایی جدیدی را برای سنتز مواد شیمیایی مناسب باز می‌کند – مسیرهایی که ساده‌تر ، کم‌هزینه‌تر و تمیزتر هستند .

مثال در مورد سنتز مواد آلی

برای مثال ، سنتز مواد  آلی عموما شامل استفاده از بسیاری از واکنش گر های لازم بوده و می‌تواند محصولات جانبی غیر آلی سمی تولید کند.

در مقابل ، هر کاتالیزگر دی رودیوم که توسط آزمایشگاه دیویس توسعه داده شد ، تنها از یک واکنش گر منفرد استفاده می‌کند و سرعت واکنش را بدون استفاده در واکنش نشان می‌دهد. اکثر کاتالیست ها می‌توانند بازیافت شوند و تنها محصول جانبی تولید شده نیتروژن است که بی‌ضرر است .

شیمیدانانی که با عملکرد C-H آزمایش می کنند، اغلب از یک گروه جهت گیری استفاده می‌کند – – یک هویت شیمیایی که با یک کاتالیزور ترکیب می‌شود و سپس کاتالیست را به پیوند C – H خاص هدایت می‌کند. این فرآیند کارساز است، اما دست و پا گیر است .

آزمایشگاه دیویس نیاز به گروه جهت گیری را با ایجاد کاتالیست در داربست سه ‌بعدی ، نادیده گرفت. داربست کاسه ای شکل مانند یک قفل و کلید عمل می‌کند که تنها اجازه می‌دهد تا پیوند C – H خاص در یک ترکیب برای نزدیک شدن به کاتالیزور و تحت واکنش قرار گیرد .

دیویس می‌گوید : ” هر یک از این کاتالیزورها ، بی‌سابقه هستند ،  نوع متفاوتی از انتخاب پذیری نسبت به آنچه که قبلا دیده شده بود.” ما در حال توسعه یک جعبه‌ابزار از کاتالیست های جدید و واکنش گر های لازم برای عملی کردن C – H انتخابی در محل‌های مختلف روی مولکول‌های مختلف هستیم .

اشکال سه بعدی در این فرآیند شیمیایی

علاوه بر کنترل انتخابی سایت ، داربست کاتالیست دی رودیوم ، کایرالیته های مولکول‌های تولید شده در واکنش را کنترل می‌کند. کایرالیتی که به عنوان   handedness ( استفاده بیشتر از یک دست ) شناخته می‌شود به ویژگی تقارن سه بعدی اشاره دارد.

درست همانطور که دست انسان کایرال است ، چون دست راست تصویر آینه‌ای سمت چپ است ، مولکول‌ها می‌توانند ” راست‌ دست ” یا ” چپ ‌دست ” باشند .

handedness یک مولکول در شیمی آلی مهم است چون شکل سه‌بعدی بر چگونگی تعامل آن با مولکول‌های دست دیگر تاثیر می‌گذارد. برای مثال ، هنگام توسعه یک داروی جدید ، کنترل کایرالیته مولکول‌های مواد مخدر ضروری است، زیرا مولکول‌های زیستی، تفاوت را تشخیص می‌دهند .

مقاله حاضر پنجمین کاتالیست جدید عملی کننده C-H را توصیف می‌کند که آزمایشگاه دیویس در طی دو سال گذشته ایجاد کرده‌است .

Kuangbiao Liao (که دکترای خود را از دانشگاه اموری دریافت کرده بود و هم اکنون برای شرکت داروسازی AbbVie کار می‌کند) در حال حاضر در حال کار بر روی دو مقاله است که در انتشارات طبیعت منتشر شده ‌است و یکی دیگر از مقالات منتشر شده توسط “شیمی طبیعت” برای کاتالیست ها ست که در سال ۲۰۱۶ و ۲۰۱۷ منتشر شدند.

نتیجه گیری

ون بین لیو ، دانشجوی تحصیلات تکمیلی ، کار خود را بر روی چهارمین کاتالیزور که در اوایل امسال گسترش یافت ، منتشر کرد که توسط مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده‌است .

دیویس می‌گوید : ” ما به کنترل کاتالیزور عالی دست یافته‌ایم که فراتر از چیزی است که مردم حتی دو یا سه سال پیش فکر می‌کردند .” باور نکردنی است که دانش آموزان من به چه چیزهایی دست یافته اند.”

آزمایشگاه دیویس اکنون در حال بررسی افزودن اثرات الکترونیکی به کاتالیست های دی رودیوم است. دیویس توضیح می‌دهد : ” به جای تعامل با اشکال بی‌اثر ، ما می‌خواهیم  که کاتالیست ها بتوانند توانایی خود را برای دفع و یا جذب مولکول‌های مختلف داشته باشند . ” گشودن مسیرهای شیمیایی جدید ، می‌تواند روش‌های پیچیده ‌تر و مناسب تر از آنچه که اکنون به آن دست یافته ایم را نشان دهد.

منبع: مواد ارایه‌شده توسط علوم پزشکی اموری

منبع خبر : www.sciencedaily.com

اختراع پارچه خنک کننده و یا عایق کننده خودکار
نیتروژن در مسیر سریع پیوند شیمیایی قرار می‌گیرد
پرورش گاه های مواد شیمیایی زمین در زیر زمین کشف شدند
الکترود صنعتی
کشف فلز مایع در ایمن سازی و آشامیدنی کردن آب سمی
اسید های چرب جدید کشف شد