تاثیر انقلابی الکتریسیته بر سنتز شیمیایی

دانشمندان دانشگاه شیکاگو راهی برای بهبود واکنش های شیمیایی در تولید دارو با استفاده از الکتریسیته ابداع کرده اند. این پیشرفت در الکتروشیمی، افزایش کارایی و پایداری، راه های جدیدی را در تولید مواد شیمیایی سبز باز می کند. اعتبار: SciTechDaily.com

شیمیدانان دانشگاه شیکاگو امیدوارند که پایه و اساس شیمی سبزتر را ایجاد کنند.

با دور شدن جهان از گاز به برق به عنوان یک منبع انرژی سبزتر، لیست کارهایی که باید انجام شود فراتر از خودروها است. شبکه عظیم تولید جهانی که همه چیز از باتری‌های ما گرفته تا کودهای شیمیایی ما را می‌سازد نیز باید کلید را باز کند.

یک مطالعه توسط شیمیدانان UChicago راهی برای استفاده از الکتریسیته برای تقویت یک نوع واکنش شیمیایی که اغلب در سنتز داروهای جدید دارویی مورد استفاده قرار می گیرد، پیدا کرده است.

منتشر شده در 2 ژانویه در مجله کاتالیز طبیعی، این تحقیق پیشرفتی در زمینه الکتروشیمی است و راه را برای طراحی و کنترل واکنش‌ها و پایدارتر کردن آنها نشان می‌دهد.

آنا وتیگ ، استادیار خانواده Neubauer در اوچیکاگو و نویسنده ارشد مقاله گفت: “آنچه ما می خواهیم انجام دهیم این است که درک کنیم که در سطح اساسی در رابط الکترود اتفاق می افتد و از آن برای پیش بینی و طراحی واکنشهای شیمیایی کارآمدتر استفاده می کند.” “این گامی به سوی آن هدف نهایی است.”

دستیار پروفسور آنا ووتیگ در آزمایشگاه خود در دانشگاه شیکاگو. Wuttig و تیمش راهی برای استفاده از برق برای تحریک نوعی واکنش شیمیایی که اغلب در سنتز نامزدهای دارویی جدید استفاده می شود ، پیدا کردند. اعتبار: ژان لاشات

پیچیدگی شیمیایی

در واکنش‌های شیمیایی خاص، الکتریسیته می‌تواند تولید را افزایش دهد – و از آنجایی که می‌توانید برق مورد نیاز خود را از منابع تجدیدپذیر دریافت کنید، می‌تواند بخشی از سبزتر کردن صنعت شیمیایی جهان باشد.

اما الکتروشیمی، همانطور که این رشته شناخته می شود، بسیار پیچیده است. بسیاری از دانشمندان در مورد فعل و انفعالات مولکولی نمی دانند، به ویژه به این دلیل که شما باید یک جامد رسانا (الکترود) را در مخلوط وارد کنید تا الکتریسیته ایجاد کند، به این معنی که مولکول ها با آن الکترود و همچنین با یکدیگر تعامل دارند. برای دانشمندی که سعی می‌کند نقش‌هایی را که هر مولکول ایفا می‌کند و به چه ترتیبی بازی می‌کند از هم جدا کند، این فرآیند پیچیده‌تر را پیچیده‌تر می‌کند.

اما ووتیگ می خواهد آن را به یک مزیت تبدیل کند. او گفت: “اگر شما آن را به عنوان الکتروشیمی در نظر بگیرید که یک طراحی اهرمی منحصر به فرد را به ما می دهد که در هیچ سیستم دیگری امکان پذیر نیست؟”

در این مورد، او و تیمش بر روی سطح الکترود تمرکز کردند که الکتریسیته واکنش را فراهم می کند.

وتیگ گفت: “نکاتی وجود دارد که سطح خود کاتالیزوری است ، که نقش ایفا می کند.”

چپ به راست: نویسندگان مطالعه Qiu-Cheng Chen ، Anna Wuttig و Sarah Kress در آزمایشگاه Wuttig در مرکز علوم یکپارچه گوردون در دانشگاه شیکاگو. اعتبار: دانشگاه شیکاگو

آنها با نوعی واکنش که معمولاً در تولید مواد شیمیایی دارویی برای ایجاد پیوند بین دو اتم کربن استفاده می شود، سروکار داشتند.

طبق پیش بینی های نظری ، هنگامی که این واکنش با کمک برق انجام می شود ، عملکرد واکنش باید 100 ٪ باشد – یعنی. تمام مولکول هایی که وارد می شوند به یک ماده جدید تبدیل می شوند. اما وقتی واقعاً واکنش را در آزمایشگاه اجرا می کنید، بازده کمتر است.

تیم فکر می کرد که حضور الکترود برخی از مولکول ها را از جایی که در طول واکنش مورد نیاز بود دور می کند. آنها دریافتند که افزودن یک عنصر کلیدی می تواند کمک کند: یک ماده شیمیایی به نام لوئیس اسید به محلول مایع اضافه می شود، جهت گیری مجدد این مولکول ها.

ووتیگ گفت: “شما یک واکنش تقریبا خالص دریافت می کنید.”

کاتالیزور تغییر

علاوه بر این، تیم توانست از تکنیک های تصویربرداری ویژه برای مشاهده واکنش هایی که در سطح مولکولی رخ می دهد استفاده کند. او گفت: “می توانید ببینید که وجود تعدیل کننده تاثیر عمیقی بر ساختار سطح دارد.” به ما این امکان را می دهد که آنچه را که در حال وقوع است تجسم و درک کنیم، نه اینکه آن را به عنوان یک جعبه سیاه ببینیم.

به گفته ووتیگ، این یک گام مهم است، زیرا راه را برای توانایی نه تنها در استفاده از الکترود در شیمی، بلکه برای پیش‌بینی و کنترل اثرات آن نشان می‌دهد.

مزیت دیگر این است که می توان از الکترود برای واکنش های بیشتر استفاده مجدد کرد. (در اکثر واکنش‌ها، کاتالیزور در مایع حل می‌شود و در طی فرآیند تصفیه تخلیه می‌شود تا محصول نهایی به دست آید).

“اگر آن را به عنوان الکتروشیمی در نظر بگیرید که یک طراحی منحصر به فرد اهرمی به ما می دهد که در هیچ سیستم دیگری امکان پذیر نیست، چه؟”

– دستیار پروفسور آنا ووتیگ

او گفت: «این گامی به سوی سنتز پایدار است. “با حرکت رو به جلو، گروه من بسیار هیجان زده است که از این نوع مفاهیم و استراتژی ها برای ترسیم و رسیدگی به سایر چالش های ترکیبی استفاده کند.”

مرجع: “تنظیم بین فازی سطوح Ag الکتروکاتالیستی برای کوپلینگ الکتروفیلی مبتنی بر قطعه” توسط کیو-چنگ چن، سارا کرس، روکو مولینلی و آنا ووتیگ، 2 ژانویه 2024، کاتالیزور طبیعی.
DOI: 10.1038/s41929-023-01073-5

اولین نویسنده، کیو-چنگ چن، همکار فوق دکترا بود. سایر نویسندگان مقاله دانشجویان سارا کرس و روکو مولینلی هستند.

تامین مالی: دانشگاه شیکاگو، موسسه ملی بهداشت.