Asil metallerin nikel ile değiştirilmesi
Ağır Metal Zehirlenmesi Sinsice İlerliyor - Uzm. Dr. Semih Gökart (Haziran 2019).
Kimyasal sentez, emtia kimyasallarını karmaşık hayat kurtaran ilaçlara, ev ürünlerine veya gelişmiş materyallere dönüştürebilir. Ancak bu “simya” da büyük miktarlarda zehirli atık üretebilir veya sert ve tehlikeli koşullar gerektirebilir - ve çoğu zaman reaksiyonları kıracak pahalı ve nadir ağır metallere dayanır.
Dalton Transactions ve Amerikan Kimya Derneği Dergisi dergilerinde yer alan son raporlarda, Fen Edebiyat Fakültesi'nden kimya profesörü Liviu Mirica'nın araştırma ekibi, ortak metal nikel ile önemli bileşiklerin yapı taşlarını üretmek için yeni yöntemler geliştirdi..
Bu çalışma, bilim adamlarının alet kutusunu nikel bazlı kimya için genişletiyor ve 21. yüzyılın sürdürülebilir sentezine doğru “yeşil kimya” nın hareketine katkıda bulunuyor.
Mirica, "Kimya 'daha yeşil' ya da kimyasal dönüşümler daha verimli, daha az yan ürün üretildiğinde ve daha önemlisi sentez süreci daha az atık oluşturduğunda daha çevrecidir." Dedi.
Bu amaca yönelik olarak, laboratuvarı, nikel gibi daha sürdürülebilir katalizörlerle mümkün olduğunca az adımda yeni bileşikleri zarif bir şekilde nasıl oluşturacağını araştırıyor.
Karbon kimyasını kazımak için metallerin kullanılması
Karbon atomlarını yeni kombinasyonlarda birleştirmek organik kimyanın temelidir. Ancak bazı karbon atomları çok kararlıdır. Örneğin, karbon-hidrojen (CH) bağları, reaktif olarak kabul edilmez ve yeni bir karbon-karbon (CC) bağı oluşturmak için bunları koaksiyel olarak zorlaştırabilir. Son iki raporun ilk yazarı olan doktora sonrası araştırmacı Wen Zhou gibi kimyacılar "bağı etkinleştirmek" için metallere güveniyor ve daha reaktif hale getiriyorlar. Bir metal atomu, karmaşık ve çeşitli elektron dizileriyle, yeni bileşikler üretmek için karbonların karıştırılmasına yardımcı olabilir.
Nadir metaller paladyum ve platin, bu nedenle on yıllardır kullanılmaktadır, ancak pahalıdırlar. Aynı kimyasal gruptaki nikel, özellikleri daha iyi anlaşıldığında benzer reaksiyonlar için kullanılabilir.
Mirica, "Nikel, paladyumdan biraz daha reaktiftir." Dedi.
Bu daha büyük reaktivite reaksiyonların hızlı ve kolay bir şekilde ilerlemesine izin verir, ancak istenmeyen yan ürünleri üretmekten kaçınmak için kimyayı sıkı bir şekilde kontrol etmeyi gerektirir.
Dört dişli kimyasal asistan
Bilim adamlarının temel gelişimi, dört atomlu bir molekülün, bir nikel atomunu kavramak için bir beyzbol eldiveninin cebi gibi davranan bir tetradentat ligandı olarak bilinmesiydi. Karbon içeren bileşikler de nikel merkezine bağlandığında, elektronlar yeni bir CC bağı oluşturmak için yeniden hareket edebilir.
Zhou, "Bu yeni ligandlar, farklı oksidasyon durumlarında nikel merkezini stabilize ederken, aynı zamanda hızlı CC bağ oluşumu reaktivitesini de destekliyorlar." Dedi.
Doğru denge ve reaktivite dengesi, bilim adamlarının ucuz, güvenli ve bol miktarda nitrillerle yeni bağlar oluşturmasını sağlamıştır. Karbon sentezli bileşikler, basit sentetik basamaklarda bir dizi faydalı kimyasal gruba dönüştürülebilir.
Yeni ligand, bilim adamlarına nikel (III) 'i inceleyerek, üç elektronun eksik olduğu nikellerin (oksidasyon durumunun) az da olsa anlaşıldığı, elektronları oksidasyon reaksiyonları olarak adlandırılan reaksiyonlar olarak keşfetme fırsatı verdi. Nikel (III) ve yeni ligand kombinasyonu iki karbonla bir reaksiyonu teşvik etti, esasen birkaç adımı bire yoğunlaştırdı.
Ve son reaksiyon, oda sıcaklığında birkaç dakika içinde gerçekleşirken, diğer metallerle benzer reaksiyonlar, yüksek sıcaklıklara, saatlerce veya günler için sert koşullara ihtiyaç duyabilir.
Yine de, geliştirilen bilim adamları tarafından geliştirilen yeni ligand, kendi karmaşık sentezini ve üretilecek özel şartları gerektirir. Zhou, süreci daha da yoğunlaştırmayı, bir gün büyütülecek bir şeyi, nikel tarafından teşvik edilebilecek yeni tahvillerin türünü genişletmeyi öğrenmek istiyor.
Zhou, "Sistemi basitleştirmek istiyoruz." Dedi. "Bu ligand oldukça büyüktür ve sentezlemek zordur. Ancak, nikel (III) 'ü nasıl stabilize edeceğimiz konusunda bize bir fikir vermişti ve şimdi de benzer reaksiyonlar gerçekleştirebilen daha basit sistemler geliştirmeye çalışıyoruz."
Umut, nikel, kimya endüstrisinde ve Mirica gibi araştırma laboratuvarlarında yıllarca kullanılan nadir ve pahalı ağır metallerin yerini alabilir.
Zhou, "Geçmişte insanlar çeşitli zor reaksiyonları katalize etmek için platin kullanıyorlar, ama çok pahalı" dedi. Örneğin, platin nikah yüzüğü bir gramdan 100 dolara mal oluyor.
"Sonra insanlar paladyuma geçti - çok sayıda kimyasal reaksiyon için mükemmel bir katalizör. Fakat yine de palladyum ideal değil, aynı zamanda değerli bir metaldir ve sınırlı miktarda bulunur."
Nişan alması için beş sentlik bir jetonun etrafında karıştırırken, Zhou “Nikel için ne kadar ucuz olduğunu biliyorsun” dedi.