Ny kemisk reaktion kan i sidste ende give nye brændstoffer og medicin

Når forskere udvikler de kemiske formler til nye produkter som brændstoffer og medicin, de skal ofte først oprette molekyler, der ikke tidligere har eksisteret.

Et grundlæggende skridt mod at skabe nye molekyler er selektivt at bryde og omforme de kemiske bindinger, der forbinder atomerne, der danner dem. En af de største udfordringer er, at bindingen mellem kulstof og hydrogenatomer - byggestenene i mange molekyler - er usædvanlig stærk, så kemikere må ofte ty til at bruge sjældne og dyre kemikalier som iridium for at konvertere det til andre, mere nyttige typer kemiske bindinger. Forskere omtaler denne proces som "funktionalisering" af bindingerne.

Nu, et team af UCLA-kemikere har udviklet en ny teknik til at bryde carbon-hydrogenbindinger og lave carbon-carbon-bindinger. Fremgangsmåden anvender katalysatorer fremstillet af to rigelige og billige elementer, silicium og bor. Deres forskning blev offentliggjort i Videnskab .

Hosea Nelson, en UCLA -assisterende professor i kemi og biokemi og seniorforfatter af undersøgelsen, sagde, at energiindustrien har været interesseret i at tage meget simple kulbrintemolekyler som metan og gøre dem til nye brændstoffer.

"Denne nye metode vil gøre det muligt for forskere at inkorporere metan i større molekyler, " han sagde.

En anden potentiel anvendelse ville være omdannelse af metan, en af ​​de vigtigste komponenter i naturgas, ind i noget, der er tættere og lettere at indeholde, efter at det er blevet boret fra jorden. Den nuværende proces er kompliceret, fordi metan, en let gas, har en tendens til at flygte ud i atmosfæren.

Nelson samarbejdede om undersøgelsen med UCLA -kandidatstuderende Brian Shao, Alex Bagdasarian og Stasik Popov.

Forskerne brugte deres nye teknik til at skabe en forbindelse, der ligner en phenylkation, et kemisk stof, der er blevet undersøgt teoretisk, men sjældent undersøgt i egentlige laboratorieforsøg. De brugte derefter forbindelsen til at skære gennem carbon-hydrogenbindinger i metan og benzen, som tillod dem at indsætte andre atomer og danne kulstof-kulstofbindinger, som er de grundlæggende byggesten i molekyler, der udgør levende organismer, samt brændstoffer og lægemidler.

Udover at demonstrere, at der findes phenylkationlignende forbindelser, den nye teknik gør det muligt at samle komplekse molekyler i langt færre reaktionstrin end tidligere var muligt, hvilket kunne spare kemiske og farmaceutiske producenter tid og penge. En anden fordel ved metoden er, at i modsætning til tidligere tilgange, det kan udføres ved temperaturer og gastryk, der let kan opnås i et laboratorium.

Processen kan også bruges til at ændre molekylerne i eksisterende lægemidler for at gøre dem mere effektive, sikrere eller mindre vanedannende.

Kemikerne har testet deres teknik ved hjælp af meget små prøver af reaktanter - langt mindre end et gram. Men Nelson håber, at metoden kan skaleres op til at være nyttig til en lang række kemiske reaktioner i den virkelige verden.