Phone

Nová lacná a netoxická metóda na vytváranie benzénových krúžkov

Nová lacná a netoxická metóda na vytváranie benzénových krúžkov
Written by pocox3

Výročie zlatej svadby pre molekuly

Umelecké stvárnenie 3+3-cykloadície. Kredit: Empa

Chemické syntézy v kvapalinách a plynoch prebiehajú v trojrozmernom priestore. Náhodné zrážky medzi molekulami musia viesť k niečomu novému v extrémne krátkom čase. Existuje však aj iný spôsob: na zlatom povrchu v podmienkach ultravysokého vákua sa dajú spojiť molekuly, ktoré sú stále vedľa seba, dokonca aj tie, ktoré by v kvapaline nikdy nechceli navzájom reagovať. Výskumníci Empa práve objavili takúto reakciu. Ešte lepšie je, že odborníci môžu „fotiť“ a sledovať každý krok reakcie.

V chémii existujú obzvlášť stabilné štruktúry, ako je takzvaný „benzénový kruh“ pozostávajúci zo šiestich vzájomne prepojených atómov uhlíka. Tieto krúžky tvoria štrukturálny základ grafitu a grafénu, ale sú tiež prítomné v mnohých farbivách, ako je indigo na džínsy a v mnohých liekoch, ako je aspirín.

Keď chceli chemici cielene skonštruovať takéto kruhy, použili takzvané kopulačné reakcie, ktoré vo všeobecnosti nesú meno ich vynálezcov: napríklad Diels-Alderova reakcia, Ullmannova reakcia, Bergmanova cyklizácia alebo Suzukiho kopulácia. . Teraz je tu ďalší, ktorý ešte nemá meno. Objavil ho tím z Empy v spolupráci s Max Planck Institute for Polymer Research v Mainzi. Ich súvisiaci výskum bol publikovaný v Prirodzená syntéza a Recenzie Nature Chemistry.

Všetko suché

Vedci z Empa pri svojej chemickej syntéze vynechali kvapaliny a namiesto toho fixovali suroviny na zlatý povrch v ultravysokom vákuu. Východiskový materiál (diizopropyl-p-terfenyl) možno vidieť pokojne odpočívať v ochladenom skenovacom tunelovom mikroskope predtým, ako výskumníci zvýšia teplotu.

Výročie zlatej svadby pre molekuly

Chemická syntéza na povrchu zlata: vodík sa extrahuje z nasýtených izopropylových skupín. Pri 200 stupňoch Celzia sa atómy uhlíka (červený a modrý na obrázku vyššie) spoja a vytvoria nový benzénový kruh. Týmto spôsobom sa jednotlivé molekulárne stavebné bloky spájajú do polymérneho reťazca, ako je vidieť v mikroskope atómovej sily (dole). Kredit: Empa

Zvýšte teplo – pohyb na tanečnom parkete

Pri izbovej teplote sa ešte nič nedeje, ale pri teplote okolo 200 stupňov Celzia nastáva úžasná reakcia, ktorá by sa v kvapalinách nikdy nestala: dve izopropylové skupiny – ktoré sú normálne úplne chemicky neaktívne – sa spoja a vytvoria benzénový kruh. Dôvod: Pevnou „priľnavosťou“ k povrchu zlata sa najskôr oddelí atóm vodíka a potom sa z molekuly uvoľní. Vznikajú tak uhlíkové radikály čakajúce na nových partnerov. A na povrchu zlata je veľa partnerov. Pri 200 stupňoch Celzia molekuly vibrujú a predvádzajú rýchle piruety – na zlatom tanečnom parkete je veľa pohybu. Takže to, čo ide dohromady, sa čoskoro spojí.

A opäť všetko v spomalenom zábere

Matchmaking na zlatistom povrchu má dve výhody. V prvom rade nie je potrebné nátlaku: reakcia prebieha bez odletu kyselín boritých alebo halogénových atómov. Ide o spojenie zahŕňajúce iba nasýtené uhľovodíky. Suroviny sú lacné a ľahko dostupné a nevznikajú žiadne toxické vedľajšie produkty.

Druhou výhodou je, že výskumníci môžu pozorovať každý krok reakcie, čo pri klasickej „kvapalnej“ chémii nie je možné. Tým Empa jednoducho postupne zvyšuje zahrievanie zlatého povrchu. Pri 180 stupňoch Celzia molekuly spojili so svojimi susedmi iba jedno rameno, druhé stále voľne trčí na tanečnom parkete. Ak teraz ochladíme zlatý povrch vo vnútri skenovacieho tunelového mikroskopu, môžeme vidieť a „odfotografovať“ molekuly tesne predtým, ako sa „zoberú“. To je presne to, čo výskumníci urobili. Mechanizmus reakcie teda možno sledovať na „momentkách“.

Príležitosti pre „novú“ chémiu

Vedci a ich kolegovia očakávajú, že z prebiehajúcej práce vyplynú dva typy účinkov. Po prvé, „snímková metóda“ môže byť vhodná aj na objasnenie úplne odlišných reakčných mechanizmov. Empa vyvíja nástroje, ktoré využívajú ultrakrátke laserové impulzy v skenovacom tunelovom mikroskope na objasnenie týchto chemických reakcií krok za krokom. To by mohlo poskytnúť ďalšie informácie o chemických reakciách a čoskoro narušiť mnohé staré teórie.

Výsledky „suchého“ výskumu by však mohli byť užitočné aj pre ďalší rozvoj „kvapalnej“ chémie. Doteraz väčšina reakcií zdokumentovaných v literatúre pochádzala z klasickej tekutej chémie a výskumníci so skenovacími sondami dokázali tieto experimenty znovu vytvoriť. V budúcnosti by sa niektoré reakcie mohli skonštruovať aj v skenovacom tunelovom mikroskope a následne preniesť do kvapalnej alebo plynnej chémie.


Odhalený mechanizmus disociácie molekúl kyslíka na striebornom povrchu


Viac informácií:
Amogh Kinikar a kol., Syntéza povrchového polyarylénu cykloaromatizáciou izopropylových substituentov, Prirodzená syntéza (2022). DOI: 10.1038/s44160-022-00032-5

Diego Peña a spol., 3+3 robia prsteň, Prirodzená syntéza (2022). DOI: 10.1038/s44160-022-00041-4

Claire Ashworth, povrchová supersyntéza, Recenzie Nature Chemistry (2022). DOI: 10.1038/s41570-022-00383-9

Poskytuje Švajčiarske federálne laboratórium pre vedu a technológiu materiálov

Citovať: Nová lacná a netoxická metóda na vytváranie benzénových krúžkov (14. apríla 2022) Získané 15. apríla 2022 z https://phys.org/news/2022-04-inexpensive-nontoxic-method-benzene.html

Tento dokument podlieha autorským právam. S výnimkou čestného použitia na účely súkromného štúdia alebo výskumu sa žiadna časť nesmie reprodukovať bez písomného súhlasu. Obsah je poskytovaný len pre informáciu.

About the author

pocox3

poco lofya max founder of swahli afya and creater content I am from kenya in the north to the southern border of Tanzania in the south. kiSwahili or Kiswahili

Leave a Comment