Esillä tällä viikolla
S1-bromipropaani (n-propyylibromidi tai nPB) on organobromiyhdiste, jolla on kemiallinen kaava CH3CH2CH2Br. [1] Se on väritön neste. Hieman vettä tiheämpi ja liukoinen veteen. Kuumennettaessa korkeisiin lämpötiloihin voi muodostua myrkyllisiä huuruja. [2]
Esittelyssä Tavarat
Saippuan valmistamiseksi työnnä vain happiatomi hiili-vety-sidokseen. Resepti saattaa kuulostaa yksinkertaiselta. Mutta hiili-vety-sidoksia, kuten hiuksiin jumittunutta kumia, on vaikea irrottaa. Koska ne tarjoavat perustan paljon muulle kuin pelkästään saippualle, keinon löytäminen itsepäinen pari voidaan mullistaa, miten kemianteollisuus tuottaa kaikkea lääkkeistä kotitaloustuotteisiin. Nyt Harvardin yliopiston ja Cornellin yliopiston tutkijat ovat tehneet juuri tämän: He huomasivat ensimmäistä kertaa tarkalleen, kuinka reaktiivinen kupari-nitreenikatalyytti - joka kuten maapähkinävoi, jota käytetään purkamaan kumin tarttuvuutta hiuksiin - auttaa kemiallisen reaktion tapahtumista - voisi muuttaa yhden näistä voimakkaista hiili-vety-sidoksista hiili-typpi-sidokseksi, joka on arvokas rakennusosa kemialliselle synteesille. Science-lehdessä julkaistussa artikkelissa Kurtis Carsch, Ph.D. Harvardin yliopiston taiteiden ja tieteiden korkeakoulun opiskelija Ted Betley, Harvardin kemian Ervingin professori, Cornellin yliopiston kemian apulaisprofessori Kyle Lancaster ja heidän yhteistyökumppaneidensa paitsi kuvaavat kuinka reaktiivinen kupari-nitreeni katalysaattori suorittaa taikuudensa, mutta myös kuinka pullottaa työkalu rikkomatta itsepäiset hiili-vety-sidokset ja valmistamalla tuotteita, kuten liuottimia, pesuaineita ja väriaineita, vähemmän jätettä, energiaa ja kustannuksia. Teollisuudenalat luovat usein tällaisten tuotteiden (amiinien) perustan monivaiheisella prosessilla: Ensinnäkin raaka-alkaanimateriaalit muunnetaan reaktiivisiksi molekyyleiksi, joissa on usein kalliita, joskus haitallisia katalyyttejä. Sitten muunnetun substraatin on vaihdettava kemiallinen ryhmä, joka vaatii usein aivan uuden katalyyttisen järjestelmän. Välivaiheen välttäminen - ja sen sijaan, että haluttu toiminto lisätään välittömästi lähtöaineeseen - voisi vähentää prosessin kokonaismateriaaleja, energiaa, kustannuksia ja mahdollisesti jopa toksisuutta. Tätä Betley ja hänen tiiminsä pyrkivät tekemään: Etsi katalysaattori, joka voisi ohittaa kemialliset vaiheet. Vaikka tutkijat ovat etsineet reaktiivisen kupari-nitreenikatalyytin tarkkaa koostumusta yli puolen vuosisadan ajan ja jopa spekuloinut, että kupari ja typpi saattavat olla kemiallisen työkalun ydin, parin elektronien tarkka muodostuminen jäi tuntematta. "Elektronit ovat kuin kiinteistöjä, mies. Sijainti on kaikki ”, Betley sanoi. "Elektronien sijoitus molekyylissä on läheisesti sidoksissa sen reaktiivisuuteen", sanoi Lancaster, joka yhdessä laboratoriossaan valmistuneen jatko-opiskelijan Ida DiMuccin kanssa auttoi luomaan kuparia ja typpeä koskevia elektroniluetteloita. Röntgenspektroskopian avulla löydettiin energioita, joihin fotonit absorboituisivat - elektronin puuttumisen merkki - he löysivät kaksi erillistä reikää typestä. "Tämä typen maku - josta sinulta puuttuu nämä kaksi elektronia - on ollut osallisena reaktiivisuudessa vuosikymmenien ajan, mutta kukaan ei ole toimittanut suoraa kokeellista näyttöä tällaisesta lajista." Heillä on nyt. Tyypillisesti, jos kupariatomi sitoutuu typpiin, molemmat luovuttavat osan elektronistaan muodostaakseen kovalenttisen sidoksen, jossa ne jakavat elektronit tasaisesti. "Tässä tapauksessa", Betley sanoi, "se on typpeä, jossa on kaksi reikää, joten siinä on kaksi vapaata radikaalia, ja yksinäinen pari sitoo sen vain kupariin." Tämä sitoutuminen estää haihtuvaa nitreeniä viheltämästä ja suorittamasta tuhoavaa kemiaa millä tahansa tavalla. Kun joku saa esimerkiksi leikkauksen jalkaansa, keho lähettää reaktiivisen happilajin, samanlainen kuin nämä nitreeniradikaalit. Reaktiiviset happilajit hyökkäävät tunkeutuvia loisia tai tartuntatauteja vastaan, mutta ne voivat myös vahingoittaa DNA: ta. Joten reaktiivisen nitreenin pitämiseksi ensimmäinen kirjailija Carsch rakensi massiivisen häkin ligandin muodossa. Ligandi - kuten kuparinitreeniparia ympäröivä orgaaninen pensas - pitää katalyytin ehjänä. Leikkaa tämä pensaikko ja lisää uusi aine - kuten hiili-vety-sidos - ja tulinen nitreeni alkaa toimia. Betley kutsuu katalysaattoria luurankoavaimeksi, työkaluksi, joka voi vapauttaa sidoksia, jotka muuten olisivat liian vahvoja käytettäväksi synteesissä. "Toivottavasti voimme tuottaa nämä kemialliset lajit, jotka ovat nyt niin reaktiivisia, että ne tekevät ympärillämme olevista inertimmistä aineista jotain, jolla voimme leikkiä", hän sanoi. "Se olisi todella, todella voimakasta." Koska rakennuspalikat - kuten kupari ja amiinit - ovat runsaasti ja halpoja, luurankoavain voisi avata käytännön tapoja valmistaa lääkkeitä tai taloustuotteita. Kun Carsch teki ensimmäisen kerran molekyylin, "hän oli kirjaimellisesti sidottu iloon", Betley sanoi. "Olin kuin" OK, laskeudu alas. "" Mutta tulokset tulivat mielenkiintoisemmiksi: nitreeni reagoi odotettua paremmin, vaikka "molekyylillä ei ole oikeutta olla stabiili" ja sidosrakenne näytti erilaiselta kuin mikään malli ehdotettu viimeisen kuuden vuosikymmenen aikana. "Jos olisimme ehdottaneet sitä alusta alkaen, luulen, että ihmiset olisivat pilanneet meitä." Vaikka Betley ajoi tätä vaikeasti havaittavaa lajia - mitä Lancaster kutsuu "suurriistan metsästykseksi" - siitä lähtien, kun hän aloitti laboratorionsa vuonna 2007, hän välittää vähemmän voitostaan ja enemmän yhteistyökumppaneistaan. "Saan kaiken nautinnoni siitä, kun näen Kurtiksen ja muut opiskelijat saavansa superpommia siitä, mitä he ovat todella pystyneet tekemään." Carsch kohtasi sekä kriitikkoja että kemiallisia muureja, mutta jatkoi kuitenkin metsästystään. "Olen iloinen siitä, että hän on itsepäinen, yhtä itsepäinen kuin minä", Betley sanoi. He molemmat saattavat olla yhtä itsepäinen kuin sidokset, jotka he voivat nyt rikkoa. Cornellissa, kun Lancaster ja viidennen vuoden jatko-opiskelija DiMucci vahvistivat havainnot, hän "lähetti melko värikkään sähköpostin" Betley-tiimille. Mutta hänkin hyvittää yhteistyökumppaneitaan. DiMucci vietti seitsemän päivää Stanfordin Synchrotron Radiation Lightsourcessa analysoiden katalysaattorin elektronista rakennetta tiiminsä kanssa. "Ilman heidän uusia kokeellisia valmiuksiaan", Lancaster sanoi, "meillä ei todellakaan olisi ollut signaalia melulle ja matalaa taustaa, joka tekisi tämän asian tunnistamisen melko helpoksi." Seuraavaksi tiimi voisi saada inspiraation tästä uudesta rakenteesta rakentaakseen katalysaattoreita entistä laajemmilla sovelluksilla, kuten heijastamalla luonnon tapaa muuttaa vaarallinen metaani metanoliksi. "Todellinen pyhä graali olisi sanoa:" OK, se CH-sidos siellä, se tietty molekyylissä, haluan muuttaa sen CN-sidokseksi tai CO-sidokseksi ", Lancaster sanoi.
Birminghamin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet tavan valmistaa orgaanisia polymeerejä havupuiden ja hedelmäpuiden tuoksuvista molekyyleistä. 3D-tulostussovelluksiin kehitetty tekniikka voi johtaa uuden sukupolven kestäviin materiaaleihin käytettäväksi biolääketieteellisissä sovelluksissa tai prototyyppien valmistuksessa. Terpeeneiksi kutsuttuja molekyylejä löytyy monien eri kasvien eteerisistä öljyistä, ja niitä käytetään usein hajusteissa, kosmetiikassa ja muissa kotitaloustuotteissa. Koska ne ovat hankalia uuttaa ja käsitellä, synteettiset versiot korvataan usein. Terpeenejä voidaan käyttää myös hartsien tuottamiseen. Tämä tekee niistä erittäin mielenkiintoisia kemikaaleille ja insinööreille, jotka tutkivat uusia kestäviä polymeerejä petrokemikaaleista valmistettujen muovien korvaamiseksi. Haasteena on löytää tapa käsitellä terpeenit riittävän tehokkaasti mielenkiintoisten materiaalien tuottamiseksi. Birminghamin yliopiston kemian koulun tutkijat ovat kehittäneet tekniikan molekyylien uuttamiseksi ja muuttamiseksi stabiileiksi hartseiksi. Yhdistämällä ne rikkipohjaisiin orgaanisiin yhdisteisiin, joita kutsutaan tioleiksi, hartsit voidaan aktivoida valolla kiinteän materiaalin muodostamiseksi. Niiden tulokset julkaistaan julkaisussa Polymer Chemistry. Terpeenien käsittely tällä tavalla tekee niistä erityisen hyödyllisiä 3D-tulostusprosessissa, jota kutsutaan stereolitografiaksi, jossa objektit rakennetaan monikerroksisiksi ja sulatetaan yhteen UV-valossa 3D-esineiden muodostamiseksi. Pääkirjailija, professori Andrew Dove selittää: ”Meidän on löydettävä kestäviä tapoja valmistaa polymeerituotteita, jotka eivät ole riippuvaisia petrokemikaaleista. Terpeneillä on todettu olevan todellisia mahdollisuuksia tässä haussa, ja työmme on lupaava askel kohti näiden luonnontuotteiden hyödyntämistä. " Eri terpeenit tuottavat erilaisia materiaaliominaisuuksia, ja seuraava askel tiimille on tutkia näitä ominaisuuksia täydellisemmin hallita niitä paremmin. Vaikka tuoksut eivät ole avain terpeenien materiaaliominaisuuksiin, tutkijat ovat kiinnostuneita selvittämään, voidaanko niitä hyödyntää myös joissakin tuotteissa.
