Чтобы сделать мыло, просто вставьте атома кислорода на углерод-водородной связи. Рецепт может показаться простым. Но связь углерод-водород, как жвачка в волосах, трудно растащить. Поскольку они обеспечивают основу для гораздо больше, чем просто мыло, найти способ, чтобы разорвать этот упрямый пара может кардинальным образом изменить химической промышленности производят все, начиная от фармацевтики до товаров для дома.
Теперь, исследователи из Гарвардского университета и Корнелльского университета сделали именно это: в первый раз, они обнаружили, как именно реактивного медно-нитрен катализатора, который, как и арахисовое масло используется, чтобы ослабить резинку сцепление на волосы, помогает толчок химической реакции происходит — может превратить одну из тех сильных углерод-водородные связи в углерод-азот облигации, ценным строительным материалом для химического синтеза.
В статье, опубликованной в Science, Куртис Carsch, кандидат студент в Высшей Школе Искусств и наук в Гарвардском университете, Тед Бетлий, в Эрвинг профессор химии в Гарварде, Кайл Ланкастер, доцент кафедры химии в Корнелльском университете, и по их команде коллаборационистов, не только описать, как реактивный медно-нитрен катализатор выполняет свою магию, но также как бутылка инструмент, чтобы разорвать эти упрямые углерод-водородных связей и сделать такие продукты, как растворители, моющие средства, краски с меньшим количеством отходов, энергии, и стоимость.
Промышленности часто подделывают основой таких продуктов (Аминов) через многоступенчатый процесс: во-первых, сырье алканов материалы превращаются в реактивные молекулы, часто с высокой стоимостью, иногда вредных катализаторов. Далее преобразованный субстрат должен заменить химические группы, которые зачастую требуют совершенно новых каталитических систем. Избежать этого промежуточного этапа-и вместо того, чтобы моментально включить нужную функцию прямо на исходный материал — может уменьшить общую материалов, энергии, стоимости, и, возможно, даже токсичность процесса.
Вот что Бетлий и его команда нацелены: найти катализатор, который может пропустить химического действия. Хотя исследователи охотились за точный реактивной медно-нитрен катализатором более полувека, и даже предположил, что медь и азот может быть основой химического инструмент, точное формирование электронов пары оставалось неизвестным. «Электроны как недвижимость, человек. Откуда это все», — сказала Бетлий.
«Расположение электронов в молекуле неразрывно связана с его реакционной способности,» сказал Ланкастер, которые, наряду с DiMucci Ида, аспирант в лаборатории, помогли создать запасы электронов в меди и азота. С помощью рентгеновской спектроскопии, чтобы найти энергий, в которой фотоны будут поглощены, признаки отсутствия электрона-они нашли две дырки на азот.
«Этот аромат азот, в котором у вас есть эти два электрона отсутствует — был вовлечен в активность на протяжении десятилетий, но никто не предоставил прямых экспериментальных доказательств для такого вида».
У них есть сейчас. Как правило, если атом меди связывается с азотом, как отдавать свои электроны образуют ковалентную связь, в которой они справедливо распределять электроны. «В этом случае», — сказала Бетлий, «это азот с двумя отверстиями на нем, поэтому он имеет две свободные радикалы и просто соблюдать неподеленной электронной пары в меди».
Эта привязка мешает летучих нитрен из спирали и исполнительского деструктивной химии со всем, что попадается на его пути. Когда кто-то получает вырезать на ногу, например, тело посылает активных форм кислорода, похожие на эти нитрен радикалов. Реактивные атаки кислорода вторжение паразитов или инфекционные агенты, но они тоже могут повредить ДНК.
Поэтому, чтобы содержать реактивной нитрен, во-первых-автор Carsch построен массивный каркас в виде лиганда. Лиганд-как органических кустарник вокруг медной паре нитрен — держит катализатор цел. Урезать, что кустарники и ввести другого вещества, как углерод-водородная связь — и огненный нитрен приступает к работе.
Бетлий называет катализатором отмычка, инструмент с потенциалом, чтобы разблокировать облигации, которые в противном случае были бы слишком сильны, чтобы использовать в синтезе. «Надеюсь, мы сможем создать эти химические виды, которые теперь будут настолько реактивная, что они оказывают наиболее инертных веществ мы имеем вокруг нас, как то, что мы можем играть», — сказал он. «Это будет очень, очень мощные». Поскольку строительные блоки … как медь и Амины, в изобилии и дешево, скелетный ключ может открыть более практические способы, чтобы сделать фармацевтики или бытовой химии.
Когда Carsch сначала сделали молекулу, «он был буквально ограничивающий с радостью», — сказала Бетлий. «Я походил, ‘хорошо, успокойся.'» Но результаты получил более интересное: нитрен реагирует лучше, чем ожидалось, хотя «молекула не имеет права быть стабильной», и структуру выпуска облигаций выглядел по-другому, чем любой из дизайнов, представленных в течение последних шести десятилетий исследований. «Если бы мы предложили его в самом начале, я думаю, что люди бы издевались над нами».
Хотя Бетлий преследовал этот неуловимый вид-что Ланкастер называет «большой охоты» — с тех пор, как он начал свою лабораторию в 2007 году, он меньше заботится о своей победе и больше о его пособников. «Я получаю удовольствие от видя Куртис и другие мои студенты получают загорелся, о чем они на самом деле были в состоянии сделать.» Carsch столкнулся как критиков, так и химическим стен, но тем не менее упорствовал в своей охоте. «Я рад, что он упертый, упрямый, как и я», — сказала Бетлий. Они оба могут быть так же упрям, как облигации, теперь они могут сломаться.
В Корнелле, когда Ланкастер и в-пятых-летний аспирант DiMucci подтвердила выводы, он «послал довольно красочные электронной почты» для команды Бетлий. Но он тоже кредитует своих сотрудников. DiMucci провел семь дней в Стэнфордском центре синхротронного излучения источник анализа электронной структуры катализатора со своей командой. «Без новых экспериментальных возможностей,» Ланкастер сказал, «Мы действительно не имели отношение сигнал / шум и низкий уровень фона, что сделал отождествляя эту вещь очень легко.»
Далее команды могли черпать вдохновение из этой новой конструкции для создания катализаторов с еще более широкой идущие приложения, как зеркальное отображение естественный способ конверсия метана в метанол. «Настоящий Святой Грааль будет сказать, ‘хорошо, что с-Н-связь есть, что именно в этой молекуле, я хочу превратить это в связи с-N или c-o связи,'» сказал Ланкастер. Что может быть далекой целью, но его так называемая «команда мечты» может быть правильным, чтобы выследить решение.
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!