En ny strategi for grønnere anvendelse af calciumcarbid

Calciumacetylid blev opdaget for mere end 150 år siden. Det er en gullig-hvid, beige, eller gråt fast stof, en forbindelse af calcium og kulstof. Calciumacetylid bruges i øjeblikket til at fremstille gasformig acetylen. I industrien, det er meget udbredt til fremstilling af eddikesyre og ethylalkohol; det kan bruges til fremstilling af plast, gummi, og raketmotorer også.

Det kulstof, der er nødvendigt for syntesen af ​​calciumacetylid, udvindes på en uholdbar måde. Som resultat, den fossile ressource er opbrugt (den uholdbare tilgang) og, desuden, mængden af ​​kulstof stiger over jordens overflade. "Vi arbejder på en strategi for produktionens CO2-neutrale cyklus. Især at opnå calciumacetylid, du kan bruge kulstof, der opnås ved termisk nedbrydning (pyrolyse) af affald, og det resulterende stof kan bruges i industrien til at skabe nye forbindelser, " sagde Konstantin Rodygin, en forskningsmedarbejder ved Laboratory of Cluster Catalysis, Sankt Petersborg Universitet.

"I dag, en central udfordring for menneskeheden er at skabe en ny generation af industrielle processer, der gør det muligt at opnå de vigtigste organiske forbindelser og materialer inden for den kulstofneutrale tilgang. Af yderste vigtighed er udskiftningen af ​​fossile ressourcer med vedvarende, dermed løse miljøproblemer. Som vist i vores værker, organisk syntese baseret på calciumacetylid åbner nye muligheder for at implementere kulstofneutrale teknologier. I øvrigt, forståelse af de kemiske processer ved omdannelsen af ​​carbidarter i kemiske processer i opløsning er af central betydning, " sagde Valentin Ananikov, medlem af Det Russiske Videnskabsakademi og leder af Laboratorierne for Cluster Catalysis og Metal-Complex and Nanoscale Catalysts på Zelinsky Institute.

Kemikerne var i stand til at foreslå en ny strategi for anvendelse af stoffet ved at simulere de processer, der opstår på niveauet af atomer og molekyler under interaktionen af ​​calciumacetylid, vand, og et dimethylsulfoxidopløsningsmiddel. Calciumacetylid er et salt, der indeholder negativt ladede sure rester af acetylen (de såkaldte acetylidanioner med en ladning på -2) og positivt ladede calciumioner. Forskerne undersøgte surhedsgraden af ​​acetylidanioner, vand, og nogle andre stoffer i et dimethylsulfoxidopløsningsmiddel. I det opløsningsmiddel, et usædvanligt fænomen kan observeres; interaktionen af ​​acetylidanioner med vand, hydrolyse, forløber ufuldstændigt. De således dannede anioner, med en ladning på' -1, kan gennemgå en lang række vigtige organiske kemiske reaktioner.

"Efter at have udført analysen, vi indså, at i stedet for vand, man kan bruge andre protonerende stoffer til at overføre acetylid til opløsning. Også, man kan potentielt bruge et mindre giftigt og mere 'grønt' opløsningsmiddel i stedet for dimethylsulfoxid til at udføre reaktioner, der involverer calciumacetylid, hvis opløsningsmidlet opfylder nogle nyopdagede kriterier. Dermed, kemisk syntese af nye stoffer med calciumacetylid kan være 'grønnere' på grund af calciumacetylids potentiale til at reagere i mindre giftige opløsningsmidler, såvel som på grund af mere bæredygtige tilgange til syntesen af ​​selve karbiden' sagde Mikhail Polynski, en medforfatter til artiklen, assistentlærer ved Institute of Chemistry ved St Petersburg University.

Bemærkelsesværdigt, en af ​​medforfatterne til den nye artikel er Mariia Sapova, uddannet fra St Petersburg University, som startede arbejdet med projektet under sit kandidatstudium. "Det udfordrende projekt tiltrak mig fra starten, da ideen om at kombinere forskellige beregningsmetoder åbner op for rige muligheder for simulering af komplekse processer, såsom, i vores tilfælde, opløsningsprocessen. Dette arbejde gav mig en udvidet forståelse af videnskab generelt og, i øvrigt, opmuntrede mig til at gå ud af min komfortzone, modellering af krystaller, og at udfordre grænserne for anvendeligheden af ​​forskellige metoder inden for beregningskemi. Jeg mener, at metodisk komplekse modelleringstilgange som de foreslåede i artiklen bør udvikles yderligere, så vi kan udføre virkelig realistisk modellering af kemiske processer, " bemærkede Mariia Sapova.

Som Mikhail Polynski specificerede, den nyligt fremlagte forskning er rent teoretisk; det er en computersimulering af processen med at opnå acetylider fra calciumacetylid. "Vi brugte de såkaldte kvantekemiske metoder, Born-Oppenheimer molekylær dynamik. Som et resultat af en sådan simulering, det er muligt at lave en kort molekylær film, der viser, hvordan bevægelsen af ​​atomer og molekyler ser ud på meget kort, picosekund, tidsskalaer, " konkluderede Mikhail Polynski.