Kemikaalide Valmistamise Taaskehtestamine

{h1}

Uue põlvkonna farmaatsiatoodete, kõrgtehnoloogiliste materjalide ja muude orgaaniliste kemikaalide loomiseks töötavad teadlased välja täiesti uued meetodid molekulide, tükkide kaupa, koos vähem jäätmete ja suurema kiirusega.

Charlie Heck on U.S. National Science Foundationi (NSF) multimeedia uudiste redaktor. Ta toetas seda artiklit, mis on osa NSF Science Nationi seeriast, WordsSideKick.com'ile Eksperdihääled: Op-Ed & Insights.

Süsinik ja vesinik on elu ehitusplokid. Kõik selle planeedi elusad asjad - kõik taimed, kõik loomad - tehakse enamasti nendest põhielementidest.

NSF-i selektiivse C-H-funktsionaalsuse keskusega (CCHF) asuvad teadlased töötavad välja tõhusad meetodid selliste ühendite kujundamiseks, mis lõpuks muutuvad ravimiteks, uudsete materjalide ehitusplokkideks ja muudeks kasulikeks molekulideks.

NSF-i selektiivse C-H-funktsionaalsuse keskusega (CCHF) asuvad teadlased töötavad välja tõhusad meetodid selliste ühendite kujundamiseks, mis lõpuks muutuvad ravimiteks, uudsete materjalide ehitusplokkideks ja muudeks kasulikeks molekulideks.

Krediit: Joe Boris, Boris Photography Inc

NSF-i toetusel on mahepõllumajanduslik keemik Huw Davies ja tema kolleegid Emory ülikoolis kokku panustanud kogu-tähtrühma, sealhulgas teadustöötajad ja Ameerika Ühendriikide ja kogu maailma ülikoolide üliõpilased, et luua valikuline C-H funktsionaalsus (CCHF). Eesmärk on lihtne: uurige, kuidas kemikaale tehakse.

CCHF arendab uusi viise, kuidas orgaanilistes molekulides korduvalt inertseid süsiniku-vesiniksidemeid muuta keemiliselt aktiivseteks keskusteks uute molekulaarsete tükkide lisamiseks täiesti uute funktsioonidega. Selle eesmärgi saavutamiseks uurib uurimisrühm, kuidas kujundada molekule manipuleerivate uute, selektiivsete katalüsaatorite väljatöötamine ja komplekssete mudelite väljatöötamine, mis juhendavad, kuidas keemikud uut lähenemist kasutavad. Lõppkokkuvõttes toob see uuring kaasa uute ravimite, materjalide ettevalmistamise uute meetodite ja loodusmaailma uue arusaama lihtsustatud ja keskkonnasäästlikumalt.

Allpool Davies pakub Q + A koos kontekstiga uuringute ja keskuse jaoks.

NSF: Kuidas orgaaniline keemia erineb üldisest keemiast, mida enamik inimesi tunneb?

Huw Davies: Esimene asi, mida paljud inimesed mõtlevad orgaanilise keemia rääkimise kohta, on "orgaaniline" märgis, mis on krohvitud üle kogu toidu ja kosmeetika. See pole orgaaniline keemia. Nimi orgaaniline on pärit teadustööst, mis tehti rohkem kui 100 aastat tagasi, vaadates elusolendite, nii loomade kui ka taimede keemiat. Kuna teadlased hakkasid neist protsessidest paremini aru saama, laienes selle valdkonna ulatus. Orgaaniline keemia tegeleb tänapäeval peamiselt süsiniku ja vesiniku elementidega, kuid sisaldab ka hapnikku, lämmastikku, väävlit, fosforit, naatriumi ja kaaliumi. See väike elementide osa, perioodiline tabelis murdosa ja mõne teise piserdamine toetavad suurel hulgal kaasaegset teadust - molekulaarsed sondid, mis kajastavad bioloogilisi protsesse, farmatseutilisi aineid, õhukestele filmidele, mis võimaldavad suure ekraani kuvamist monitorid ja nutitelefonid.

NSF: Kuidas orgaanilisi molekule ehitatakse?

H.D.: Süsivesinikud on üks orgaaniliste molekulide kõige põhilisemaid klasse. Nendes molekulides moodustab iga süsinikuaatom teiste süsiniku- või vesinikuaatomitega neli sidet. (Võlakiri kujutab elektronidevahelist jagamist kahe aatomi vahel, tegelikult "liim", mis hoiab aatomeid koos molekuli moodustamiseks.) "Funktsionaalrühm" asendab ühte või mitut vesinikuaatomit teise aatomi või aatomite rühma, nagu hapnik, lämmastik või väävel. Mõned tavalised funktsionaalrühmad hõlmavad alkohole, amiine ja happeid [ja nad täidavad teatud funktsiooni]. Võrreldes süsiniku- ja vesinikuaatomitega on need funktsionaalrühmad palju reageerivad, mis tähendab, et nad saavad ühe või teise molekuli kaudu elektronid annetada või vastu võtta, mille tulemuseks on uute sidemete moodustamine ja / või purustamine. Need funktsionaalsete rühmadest tulenevad reaktsioonid kasutatakse väikeste ja lihtsate molekulide ühendamiseks, et ehitada farmaatsiatööstuses või materjaliteaduses vajalikke suuri kompleksimolekule.

Viimase 20 aasta jooksul on keemia üheks suurimaks drives välja töötatud puhtamad, tõhusamad ja tõhusamad keemia tehnikad. C-H funktsionaliseerimine võib muuta kemikaalide loomist. Uued katalüsaatorid parandavad keemilist tootmist, vähendades märkimisväärselt toksilisi kõrvalprodukte.

Viimase 20 aasta jooksul on keemia üheks suurimaks drives välja töötatud puhtamad, tõhusamad ja tõhusamad keemia tehnikad. C-H funktsionaliseerimine võib muuta kemikaalide loomist. Uued katalüsaatorid parandavad keemilist tootmist, vähendades märkimisväärselt toksilisi kõrvalprodukte.

Krediit: Joe Boris, Boris Photography Inc

NSF: Mis on C-H funktsionaliseerimise valdkond ja millised on mõjud, mida see võiks olla?

H.D.: C-H funktsionaalsus muudab täielikult orgaanilise keemia tavalist loogikat. See kirjeldab uut meetodit orgaaniliste molekulide ühendamiseks, mis kõrvaldab funktsionaalsete rühmade sõltuvuse. Traditsiooniliselt, et luua uus sideme kahe molekuli vahel, moodustuvad uued võlakirjad kahe funktsionaalse rühma vahel. Ühe või mõlema neist rühmadest eemaldatakse molekulist selle protsessi käigus, mistõttu keemilised reaktsioonid tekitavad jäätmeid. C-H funktsionaliseerimisel võib uus sideme moodustada lihtsate, üldlevinud C-H sidemete vahel. Sellel on mitmeid olulisi eeliseid; seal on tunduvalt vähem jäätmeid, funktsionaalrühmi ei pea enne reaktsiooni toimumist tegema ja nüüd on uued, varem kättesaamatud meetodid uute molekulide ühendamiseks.

Kui olete aktuaalne ekspert - teadlane, ärijuht, autor või uuendaja - ja tahaksin lisada optimeeritud teose, saatke meile siia.

Kui olete aktuaalne ekspert - teadlane, ärijuht, autor või uuendaja - ja tahaksin lisada optimeeritud teose, saatke meile siia.

NSF: Millised on pikaajalised laboris kasutatavad meetodid, mida see uus uuring võiks kõrvaldada?

H.D.: C-H funktsionaalsus võib orgaanilist keemiat üldiselt mõjutada.Eriti efektiivne näide on keemiline tehnoloogia, mida nimetatakse "ristsidestamiseks", kahe benseeni derivaatide ühendamine metalli kasutamisega. Näiteks metalli nagu pallaadium või vask kasutades saab kiirendada kahe halogeeni funktsionaalsete rühma sisaldavate benseeni derivaatide ühendamist. Selle tehnoloogia leiutajad said 2010. aastal Nobeli auhinna ja avaldasid tohutut mõju farmaatsia maailmale. Faktilise tehnika avastamine kahe benseeni derivaatide tõhusaks ühendamiseks aitas kaasa paljude uute ravimite väljaarendamisele, juhul kui vahendid määratlesid lõpuks. Sellele eelnevalt oli kahe sellise molekuli ühendamisel vaja karmi reaktsioonitingimusi temperatuuriga üle 100° C ja pikendatud reaktsiooniajaga, muutes need tööstuslikuks kasutamiseks sobimatuteks. C-H funktsionaliseerimine võib saavutada sama ümberkujundamise kui ristsidumine, lihtsustatud viisil, tekitades vähem jäätmeid ja vajab vähem ohtlikke reaktiive.

See on vaid üks paljudest teisendustest, mille kohaselt C-H funktsionaliseerimine võib pöördeid muuta. Kontseptuaalselt on C-H funktsionaliseerimisel võimalik teostada kõiki praegu toimivaid reaktsioone, kasutades funktsionaalsete rühmade reaktiivset olemust, kuid reaktsioonipartnerina kasutatakse C-H sidemeid. Põhimõtteliselt võimaldades juurdepääsu kõigile orgaanilistele karkassidele lihtsustatud ja keskkonnasäästlikul viisil.

NSF: Kuidas võiks see uuring viia kemikaalide maailmas puhtamate ja jätkusuutlikumate algatuste juurde?

H.D.: Põhikontseptsioon, mis võimaldab C-H funktsionaliseerimist, on üks selektiivset katalüüsist. Katalüsaatoriks on materjal, mis lisatakse reaktsioonile, mis kiirendab seda, kuid mida transformatsioon ei tarvita, ning on seetõttu võimeline jätkama sama transformatsiooni samaaegselt. Katalüsaatorid võivad olla erakordselt jätkusuutlikud, kuna need võivad moodustada vähem ohtlikke jäätmeid ja kuna need ei kao, saab neid kasutada väga väikestes kogustes. Meie keskus on loonud katalüsaatori, mis võib teha 1 miljon käibe, mis tähendab, et iga 1 miljoni uue molekuli jaoks on vaja ainult 1 katalüsaatorit.

NSF: Millised on põllumajandustoodangud selle uuringu jaoks?

H.D.: Enamik agrokemikaale, mida kasutatakse kas taime kasvu moduleerimiseks või kahjurite tõrjeks, on orgaanilised molekulid. C-H funktsionaliseerimise väljaarendamine võib mitte ainult lihtsustada selliste ühendite sünteesi, vaid ka selgitada välja tõhusad teed uudsete ainete jaoks, mis pakuvad selliseid kontrollitasemeid, mis on praegu teaduslikult või kaubanduslikult ligipääsmatud.

Iga orgaaniline kemikaal algab süsiniku ja vesiniku karkassiga või raamistikuga. Traditsiooniliselt on keemikud leidnud, et need süsinik-vesinikud või C-H sidemed ei ole keemiliselt inaktiivsed. Molekuli keemiliselt reaktiivsed komponendid, kus on huvitavaid uusi kombinatsioone, nimetatakse funktsionaalseks rühmaks. Uued uuringud muudavad C-H sidemeid elujõulisteks ja tõhusateks reaktsioonipartneriteks, kõrvaldades sõltuvuse funktsionaalsetest rühmadest.

Iga orgaaniline kemikaal algab süsiniku ja vesiniku karkassiga või raamistikuga. Traditsiooniliselt on keemikud leidnud, et need süsinik-vesinikud või C-H sidemed ei ole keemiliselt inaktiivsed. Molekuli keemiliselt reaktiivsed komponendid, kus on huvitavaid uusi kombinatsioone, nimetatakse funktsionaalseks rühmaks. Uued uuringud muudavad C-H sidemeid elujõulisteks ja tõhusateks reaktsioonipartneriteks, kõrvaldades sõltuvuse funktsionaalsetest rühmadest.

Krediit: National Science Foundation

NSF: Miks nõuab keskus sellistest paljude valdkondade üksikisikute meeskonda?

H.D.: Väljakutsed, mis põhjustavad orgaanilise keemia peavoolule C-H funktsionaliseerimise, on väljaspool uurija võimet. Keskus ühendab 15 akadeemilist asutust, sealhulgas 23 õppejõudu ja enam kui 75 kõrgkooli. Me ühendame kogu keemiateaduste valdkonna juhid, nagu näiteks sünteetiline orgaaniline keemia, anorgaaniline keemia, teoreetiline keemia, füüsikaline orgaaniline keemia, farmaatsia, materjaliteadused ja keemiatehnoloogia. Meie töö annab ülevaate ja detailide taseme, mis on võimalik ainult siis, kui teil on selline koostöövõrgustik.

NSF: Millised on teie uurimistöö järgmised sammud?

H.D.: CCHFi lõppeesmärk on tuua C-H funktsionaliseerimine orgaanilise keemia peavoolu, võimaldades teadusringkondade eakaaslastel seda tehnoloogiat kasutada, rakendades seda farmatseutiliste ainete sünteesiks, kasutades selleks sünteesi materjale. See saavutatakse katalüsaatorite kujundamise, uute ümberkujundamiste arendamise ja selle keemia sügava arusaama kaudu.

Jälgige kõiki ekspertkõne küsimusi ja arutelud - ja saate arutelu osaks - Facebookis, Twitteris ja teenuses Google+. Esitatud seisukohad on autorite sõnad ja need ei pruugi kajastada kirjastaja vaateid. See artikli versioon avaldati algselt WordsSideKick.com'is.


Video Täiendada: .




Uurimistöö


Kas Ma Saan Olla Eelarvega Roheline?
Kas Ma Saan Olla Eelarvega Roheline?

Kuidas Looduslikud Tulekahjud Töötavad
Kuidas Looduslikud Tulekahjud Töötavad

Teadusuudised


Mõtted Unistused Võivad Olla Signaalide Reaalse Elu Agressioon
Mõtted Unistused Võivad Olla Signaalide Reaalse Elu Agressioon

Ei, Joomine Dieet Soda Ei Mürgita Teie Soolestiku Baktereid, Kuid See Võib Kahjustada
Ei, Joomine Dieet Soda Ei Mürgita Teie Soolestiku Baktereid, Kuid See Võib Kahjustada

11. Septembri Vastuste Puhul On Vähktõbi Jäänud Ebaselgeks
11. Septembri Vastuste Puhul On Vähktõbi Jäänud Ebaselgeks

Opioidide Epideemia On Veelgi Hullem, Kuna Fentanüüli Surmad Tõusevad
Opioidide Epideemia On Veelgi Hullem, Kuna Fentanüüli Surmad Tõusevad

Selle Varjatud Konfederatsiooni Allveelaeva Varjatud Ruumid Võiksid Lahendada 150-Aastase Salapära
Selle Varjatud Konfederatsiooni Allveelaeva Varjatud Ruumid Võiksid Lahendada 150-Aastase Salapära


ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com