4. Oktober 2019 Bulletin

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1-Brompropan

S1-Brompropan (n-Propylbromid oder nPB) ist eine Organobrominverbindung mit der chemischen Formel CH3CH2CH2Br. [1] Es ist eine farblose Flüssigkeit. Etwas dichter als Wasser und schwer wasserlöslich. Beim Erhitzen auf hohe Temperaturen können giftige Dämpfe entstehen. [2]


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Vorgestellt Beiträge

Die neu entdeckte Architektur eines Kupfer-Nitrenoid-Komplexes könnte die chemische Synthese revolutionieren

Um Seife herzustellen, fügen Sie einfach ein Sauerstoffatom in eine Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung ein. Das Rezept mag einfach klingen. Aber Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen, wie Kaugummi im Haar, sind schwer auseinander zu ziehen. Da sie die Grundlage für weit mehr als nur Seife bilden, könnte die Suche nach einem Weg, dieses hartnäckige Paar zu brechen, die Art und Weise revolutionieren, wie die chemische Industrie alles produziert, von Pharmazeutika bis hin zu Haushaltswaren. Jetzt haben Forscher der Harvard University und der Cornell University genau das getan: Zum ersten Mal entdeckten sie genau, wie ein reaktiver Kupfer-Nitren-Katalysator - der wie die Erdnussbutter, mit der der Kaugummi den Griff um das Haar lockert - dazu beiträgt, eine chemische Reaktion auszulösen - könnte eine dieser starken Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in eine Kohlenstoff-Stickstoff-Bindung umwandeln, ein wertvoller Baustein für die chemische Synthese. In einem in Science veröffentlichten Artikel hat Kurtis Carsch, Ph.D. Ted Betley, der Erving-Professor für Chemie an der Harvard University, Kyle Lancaster, Associate Professor für Chemie an der Cornell University und sein Team von Mitarbeitern beschreiben nicht nur, wie ein reaktives Kupfernitren funktioniert Der Katalysator übt seine Magie aus, aber auch, wie man das Werkzeug abfüllt, um diese hartnäckigen Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen aufzubrechen und Produkte wie Lösungsmittel, Reinigungsmittel und Farbstoffe mit weniger Abfall, Energie und Kosten herzustellen. Industrien schmieden häufig die Grundlage solcher Produkte (Amine) in einem mehrstufigen Verfahren: Erstens werden Alkanrohstoffe in reaktive Moleküle umgewandelt, oft mit teuren, manchmal schädlichen Katalysatoren. Dann muss das transformierte Substrat eine chemische Gruppe austauschen, was häufig ein völlig neues katalytisches System erfordert. Das Vermeiden dieses Zwischenschritts - und stattdessen das sofortige Einfügen der gewünschten Funktion direkt in das Ausgangsmaterial - könnte das Gesamtmaterial, die Energie, die Kosten und möglicherweise sogar die Toxizität des Prozesses verringern. Das wollten Betley und sein Team tun: Finden Sie einen Katalysator, der chemische Schritte überspringen kann. Obwohl Forscher seit über einem halben Jahrhundert nach der genauen Zusammensetzung eines reaktiven Kupfer-Nitren-Katalysators suchen und sogar spekulieren, dass Kupfer und Stickstoff der Kern des chemischen Werkzeugs sein könnten, blieb die genaue Bildung der Elektronen des Paares unbekannt. „Elektronen sind wie Immobilien, Mann. Die Lage ist alles “, sagte Betley. "Die Anordnung von Elektronen in einem Molekül ist eng mit seiner Reaktivität verbunden", sagte Lancaster, der zusammen mit Ida DiMucci, einer Doktorandin in seinem Labor, dazu beitrug, die Elektroneninventare auf Kupfer und Stickstoff aufzubauen. Mithilfe der Röntgenspektroskopie fanden sie zwei unterschiedliche Löcher im Stickstoff, um Energien zu finden, bei denen Photonen absorbiert würden - das Zeichen für die Abwesenheit eines Elektrons. "Dieser Stickstoffgeschmack - in dem diese beiden Elektronen fehlen - ist seit Jahrzehnten mit der Reaktivität verbunden, aber niemand hat direkte experimentelle Beweise für eine solche Spezies geliefert." Sie haben jetzt. Wenn ein Kupferatom an einen Stickstoff bindet, geben beide typischerweise einen Teil ihrer Elektronen ab, um eine kovalente Bindung zu bilden, in der sie die Elektronen gleichmäßig teilen. "In diesem Fall", sagte Betley, "ist es der Stickstoff mit zwei Löchern, also hat er zwei freie Radikale und ist nur durch ein einzelnes Paar in das Kupfer gebunden." Diese Bindung verhindert, dass das flüchtige Nitren abspritzt und zerstörerische Chemie mit allem durchführt, was ihm im Weg steht. Wenn jemand zum Beispiel einen Schnitt am Bein bekommt, sendet der Körper eine reaktive Sauerstoffspezies aus, ähnlich wie diese Nitrenradikale. Die reaktive Sauerstoffspezies greift eindringende Parasiten oder Infektionserreger an, kann aber auch die DNA schädigen. Um das reaktive Nitren zu enthalten, baute der Erstautor Carsch einen massiven Käfig in Form eines Liganden. Der Ligand hält - wie ein organisches Gebüsch, das das Kupfernitrenpaar umgibt - den Katalysator intakt. Schneiden Sie das Gebüsch zurück und führen Sie eine andere Substanz ein - wie eine Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung - und das feurige Nitren macht sich an die Arbeit. Betley nennt den Katalysator einen Skelettschlüssel, ein Werkzeug mit dem Potenzial, Bindungen freizuschalten, die sonst zu stark wären, um in der Synthese verwendet zu werden. "Hoffentlich können wir diese chemischen Spezies erzeugen, die jetzt so reaktiv sind, dass sie die inertesten Substanzen, die wir um uns haben, als etwas darstellen, mit dem wir spielen können", sagte er. "Das wäre wirklich sehr, sehr mächtig." Da die Bausteine ​​- wie Kupfer und Amine - reichlich vorhanden und billig sind, könnte der Skelettschlüssel praktischere Möglichkeiten zur Herstellung von Arzneimitteln oder Haushaltsprodukten eröffnen. Als Carsch das Molekül zum ersten Mal herstellte, "war er buchstäblich vor Freude", sagte Betley. "Ich dachte, 'OK, beruhige dich.'" Aber die Ergebnisse wurden interessanter: Das Nitren reagiert besser als erwartet, obwohl "das Molekül kein Recht auf Stabilität hat" und die Bindungsstruktur anders aussah als jedes der Designs in den letzten sechs Jahrzehnten der Forschung vorgeschlagen. "Hätten wir es von Anfang an vorgeschlagen, hätten sich die Leute über uns lustig gemacht." Obwohl Betley diese schwer fassbare Spezies - was Lancaster als „Großwildjagd“ bezeichnet - verfolgt hat, seit er 2007 sein Labor eröffnet hat, kümmert er sich weniger um seinen Sieg als vielmehr um seine Mitarbeiter. "Ich habe meine ganze Freude daran, Kurtis und meine anderen Schüler zu sehen, die sehr begeistert sind von dem, was sie tatsächlich machen konnten." Carsch sah sich sowohl Kritikern als auch chemischen Mauern gegenüber, beharrte aber dennoch auf seiner Jagd. "Ich bin froh, dass er stur ist, so stur wie ich", sagte Betley. Sie könnten beide so hartnäckig sein wie die Bindungen, die sie jetzt brechen können. Als Cornell und der Doktorand DiMucci im fünften Studienjahr in Cornell die Ergebnisse bestätigten, schickte er dem Betley-Team „eine ziemlich farbenfrohe E-Mail“. Aber auch er schreibt seine Mitarbeiter gut. DiMucci verbrachte sieben Tage in der Stanford Synchrotron Radiation Lightsource und analysierte mit ihrem Team die elektronische Struktur des Katalysators. "Ohne ihre neuen experimentellen Fähigkeiten", sagte Lancaster, "hätten wir wirklich nicht das Signal zu Rauschen und den niedrigen Hintergrund gehabt, der die Identifizierung dieses Dings ziemlich einfach gemacht hätte." Als nächstes könnte sich das Team von diesem neuen Design inspirieren lassen, um Katalysatoren mit noch umfassenderen Anwendungen zu bauen, beispielsweise die Art und Weise, wie die Natur gefährliches Methan in Methanol umwandelt. "Ein wahrer heiliger Gral wäre zu sagen:" OK, diese CH-Bindung dort, diese bestimmte in diesem Molekül, ich möchte daraus eine CN-Bindung oder eine CO-Bindung machen ", sagte Lancaster.

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Herstellung nachhaltiger Polymere aus duftenden Molekülen

Wissenschaftler der Universität von Birmingham haben eine Methode zur Herstellung organischer Polymere aus den duftenden Molekülen in Nadelbäumen und Obstbäumen entwickelt. Die für 3D-Druckanwendungen entwickelte Technik könnte zu einer neuen Generation nachhaltiger Materialien für biomedizinische Anwendungen oder Prototypen führen. Die als Terpene bezeichneten Moleküle kommen in den ätherischen Ölen einer Vielzahl von Pflanzen vor und werden häufig in Duftstoffen, Kosmetika und anderen Haushaltsprodukten verwendet. Synthetische Versionen werden häufig ersetzt, da sie schwierig zu extrahieren und zu verarbeiten sind. Terpene können auch zur Herstellung von Harzen verwendet werden. Dies macht sie für Chemiker und Ingenieure, die neue nachhaltige Polymere untersuchen, um Kunststoffe aus Petrochemikalien zu ersetzen, äußerst interessant. Die Herausforderung besteht darin, einen Weg zu finden, die Terpene effizient genug zu verarbeiten, um interessante Materialien herzustellen. Forscher an der School of Chemistry der Universität von Birmingham haben eine Technik entwickelt, mit der die Moleküle extrahiert und in stabile Harze umgewandelt werden können. Durch Kombination mit organischen Verbindungen auf Schwefelbasis, die als Thiole bezeichnet werden, können die Harze durch Licht aktiviert werden, um ein festes Material zu bilden. Ihre Ergebnisse werden in Polymer Chemistry veröffentlicht. Die Verarbeitung der Terpene auf diese Weise macht sie besonders nützlich in einem 3D-Druckverfahren, das als Stereolithographie bezeichnet wird, bei dem Objekte in mehreren Schichten aufgebaut und unter UV-Licht zu 3D-Objekten zusammengeschmolzen werden. Der Hauptautor, Professor Andrew Dove, erklärt: „Wir müssen nachhaltige Wege finden, um Polymerprodukte herzustellen, die nicht auf Petrochemikalien beruhen. Terpene haben bei dieser Suche ein echtes Potenzial und unsere Arbeit ist ein vielversprechender Schritt, um diese Naturprodukte nutzen zu können. “ Unterschiedliche Terpene erzeugen unterschiedliche Materialeigenschaften. Der nächste Schritt für das Team besteht darin, diese Eigenschaften genauer zu untersuchen, um sie besser kontrollieren zu können. Obwohl die Düfte nicht entscheidend für die Materialeigenschaften der Terpene sind, sind Forscher interessiert zu prüfen, ob sie auch in einigen Produkten verwendet werden können.

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