خبر

  • تک بورد - نوبل بخاطر تبدیل مواد شیمیایی رایج و ارزان به کاتالیزور اهدا شد

    نوبل بخاطر تبدیل مواد شیمیایی رایج و ارزان به کاتالیزور اهدا شد
    15 روز و 9 ساعت قبل

    مواد شیمیایی معمولی اغلب می توانند بهتر از کاتالیزورهای فلزی گران قیمت عمل کنند.
    پلاتین یک فلز بسیار گران قیمت است که به دست آوردن و تصفیه آن دشوار است. بیشتر منابع کمی که ما هر سال تولید می کنیم به دلیل استفاده از خواص آن به عنوان یک فلز به پایان نمی رسد. در عوض ، از آن به عنوان کاتالیزور برای تولید انواع مواد شیمیایی و همچنین تمیز کردن اگزوز خودرو استفاده می شود. هر چیزی که با پلاتین ساخته

    امسال ، جایزه نوبل شیمی از دو محقق برای کمک به شروع تحقیقات گسترده در مورد کاتالیزورهایی که فلزات را پشت سر می گذارند تقدیر می کند. بنیامین لیست و دیوید مک میلان به اکتشافات کلیدی دست یافتند که زمینه ارگانوکاتالیز را آغاز کرد و کاتالیزورهایی ساخت که می توانند از مواد شیمیایی ارزان قیمت و رایج تهیه شوند. کار آنها مجموعه ای از داستانهای نامنظم را در بر گرفت و به آن پایه مفهومی محکمی داد که به بسیاری از آزمایشگاههای دیگر اجازه می داد کار خود را بسازند. انتقال الکترونها ، بین اتمها یا به پیکربندی جدید پیوندهای شیمیایی. فلزات اغلب کاتالیزورهای موثری هستند زیرا فرایند انتقال الکترون را آسان می کنند. بسیاری از فلزات به راحتی الکترون های خود را در حین واکنش وام می دهند یا اگر به درستی آماده شوند ، می توانند الکترون ها را از سایر مواد شیمیایی بکشانند تا روند را تسریع کنند.

    اما فلزات مجموعه بزرگی از مسائل را با خود به همراه دارند. به بسیاری از آنها کمیاب و در نتیجه گران هستند. بدست آوردن آنها اغلب شامل عملیات معدنکاری بزرگ است. آنها همچنین می توانند بی قید و شرط باشند ، واکنش های متناوب را در سطوح قابل ملاحظه کاتالیز کنند یا خودشان درگیر واکنش ها شوند ، که می تواند عملکردهای کاتالیزوری آنها را غیرفعال کند. همه اینها یافتن جایگزین برای کاتالیزورهای فلزی را به یک کار ارزشمند تبدیل می کند.

    تبلیغات

    و در حقیقت ، ما می دانستیم که جایگزین هایی وجود دارد. برخی از م mostثرترین کاتالیزورهای روی کره زمین آنزیم هایی هستند که کاملاً از مواد ارزان قیمت و سهل الوصول مانند کربن ، نیتروژن ، اکسیژن و گوگرد ساخته شده اند. و در طول سالها ، گزارشهای مختلفی در ادبیات مواد شیمیایی آلی - که از این عناصر ساخته شده اند - به عنوان کاتالیزور مفید ظاهر شده است. مشکل این بود که این نتایج یکبار معلوم شد. هیچ کس آنها را پیگیری نکرد ، و آنها برای ایجاد درک جامع از اصولی که امروزه به آنها ارگانیسم کاتالیزور می گویند استفاده نشده اند.

    در سال 2000 ، لیست و مک میلان مقاله هایی را منتشر کردند که به تغییر آن کمک کرد. به جای تمرکز بر واکنشها و کاتالیزورهای مورد استفاده در این مقاله ، ما برخی از اصول کلی را که می توان از آنها استخراج کرد ، مورد بحث قرار می دهیم ، زیرا اینها واقعاً باعث پیشرفت در این زمینه شده است.

    چرا ارگانوکاتالیستها قوی هستند

    همانطور که در ابتدا اشاره کردیم ، کاتالیزورهای فلزی اغلب با هدایت یا دریافت الکترونها به حرکت واکنشهای شیمیایی کمک می کنند. فلزات در اینجا به خوبی کار می کنند زیرا اغلب انرژی بسیار کمی برای تغییر تعداد الکترون های آنها نیاز است. افزودن یا حذف الکترونها از چیزی مانند کربن به میزان قابل توجهی انرژی بیشتری را شامل می شود. اما مولکولهای آلی اغلب الکترونهای خود را بر روی پیوندهایی که در چندین اتم پخش شده اند توزیع می کنند. افزودن یا حذف موقت الکترون ها از این سیستم های پیوندهای شیمیایی می تواند به میزان قابل توجهی انرژی کمتری را نیاز داشته باشد و به آنها اجازه می دهد تا کمی شبیه یک فلز عمل کنند. الکترونهای اضافی که نمی توانند در این شبکه های پیوندی شرکت کنند. در شرایط مناسب ، اینها می توانند در انتقال الکترون ها نیز شرکت کنند. آنزیمها غالباً از طریق تعامل با مولکولها در واکنشی که آنها را کاتالیز می کنند ، به گونه ای عمل می کنند که باعث کشش یا فشار آنها می شود. در بسیاری از موارد ، هندسه تغییر یافته مولکولها شبیه هندسه یک واسطه در واکنش شیمیایی است. این در نهایت احتمال بروز واکنش (که کار یک کاتالیزور است) را بسیار بیشتر می کند.

    تبلیغات

    و در حالی که آنها به اندازه آنزیم ها بزرگ و پیچیده نیستند ، گاهی اوقات نیز ارگانوکاتالیست ها می توانند این کار را انجام دهند. این می تواند از طریق پیوند هیدروژنی یا فعل و انفعالات آبگریز بین کاتالیزور و یک یا چند مولکول درگیر در واکنشها اتفاق بیفتد. واکنش. به عبارت دیگر ، یکی از مواد شیمیایی میانی واکنش ، ترکیبی از کاتالیزور و یکی از مولکول های دخیل در واکنش است. این ماده شیمیایی میانی سپس با یک مولکول دیگر واکنش نشان می دهد و همه چیز را به جلو هدایت می کند.

    این عارضه جانبی قابل توجهی دارد. بسیاری از مواد شیمیایی آلی دخیل در این واکنش ها می توانند به دو شکل باشند که مانند آینه های یکدیگر هستند (به نام انانتیومر) ، مانند دست چپ و راست. و اگر به خودی خود باقی بمانند ، اکثر واکنشهای شیمیایی ترکیبی از محصولات چپ و راست را ایجاد می کند. اما شکل واسطه می تواند به اجرایی شدن محصول نهایی واکنش کمک کند. این به شیمی دانان اجازه می دهد تا واکنش هایی را که عمدتا یک انانتیومر واحد تولید می کنند ، مهندسی کنند. p>

    سبز شدن

    گذشته از همه مزایای دیگری که در بالا ذکر شد ، ارگانوکاتالیست ها دو مورد بزرگ دیگر را به ارمغان می آورند. اولین مورد این است که خود کاتالیزورها به شدت با زیست شناسی همپوشانی دارند - یکی از مقالات کلیدی لیست از پرولین به عنوان کاتالیزور استفاده کرد ، که آمینو اسیدی است که در بسیاری از کاتالیزورهای پروتئین نیز گنجانده شده است. این بدان معناست که شیمی و بیوشیمی این شانس را دارند که یک مکالمه مفید دو طرفه داشته باشند ، در حالی که شیمی دانان کاتالیزورهایی را که ممکن است مکانیزم ها را با آنزیم ها به اشتراک بگذارند شناسایی کرده اند و بیوشیمیست ها اشکال جدیدی از کاتالیز در آنزیم هایی را پیشنهاد می کنند که ممکن است توسط مولکول های ساده تر تقلید شوند.

    که ما را به نقطه دوم می رساند. پیشرفت هر دو آنزیم و کاتالیزورهای ارگانیک می تواند حرکت جامعه را بر پایه ای پایدارتر بسیار آسان تر کند. هر یک از عناصر مورد استفاده برای تشکیل ارگانوکاتالیست ها را می توان به راحتی از یک گیاه استخراج کرد. در حالی که ما هنوز به دلایل دیگر باید فلزات را استخراج کنیم ، داشتن یک دلیل کمتر فقط می تواند چیز خوبی باشد.





خبرهای دیگر از علوم پایه