Плазменная электрохимия предлагает новый способ образования органических химических связей

26 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Трейси Крейн, Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн, Колледж свободных искусств и наук

Инженеры-плазмологи и химики из Университета Иллинойса продемонстрировали устойчивый способ образования углерод-углеродных связей — основы всех органических соединений — без дорогих редких металлов, которые обычно требуются в качестве катализаторов в органических реакциях, образующих связи.

По мнению исследователей, благодаря междисциплинарному сотрудничеству исследователи из Иллинойса в области ядерной, плазменной и радиологической инженерии, биоинженерии и химии объединили свой опыт для разработки этого нового подхода, не содержащего металлов, который может привести органическую химию в новом направлении.

В исследовании «Плазменная электрохимия для образования углерод-углеродных связей с помощью пинаколовой связи», опубликованном в Журнале Американского химического общества, команда объясняет, как они использовали электричество и плазменно-жидкостный процесс для генерации сольватированных электронов для образования углерод-углерода. связи в реакции сочетания пинакола. Образование связей CC широко используется в производстве многих искусственных химикатов, таких как фармацевтические препараты и пластмассы.

По словам исследователей, это первый пример сольватированных электронов, генерируемых плазмой, для реакции окислительно-восстановительного соединения органических веществ, и он предлагает устойчивое решение для аналогичных восстановительных органических реакций. Обычно для таких реакций требуются металлические реагенты или катализаторы, которые не только дефицитны и дороги, но также создают проблемы с безопасностью или экологией, а иногда требуют тепла в реакционном процессе.

«Нашему процессу действительно требуется только электричество, не считая реакторной ячейки и оборудования, и мы надеемся, что в будущем оно может быть получено из возобновляемых источников, таких как ветер, солнечная или ядерная энергия, поэтому весь процесс является устойчивым», — сказал соавтор исследования Р. Мохан. Шанкаран, профессор инженерных наук Дональда Биггара Уиллетта на кафедре ядерной, плазменной и радиологической инженерии.

Шанкаран сказал, что их процесс производит электроны из газообразного аргона, а затем вводит эти электроны в раствор для генерации сольватированных электронов, мощного химического соединения, обычно образующегося в результате радиолиза, что требует сложного оборудования.

«В нашем случае сольватированные электроны генерируются с помощью источника постоянного тока и относительно простого электролизного реактора, в котором находятся наши электроды и раствор, в котором находятся органические субстраты», — сказал Шанкаран, чья группа уже более года разрабатывает плазму атмосферного давления. десятилетие, а в предыдущей работе применил этот тип плазменно-жидкостного процесса к другим приложениям — синтезу наночастиц и фиксации азота. «Нас интересовала органическая химия, но у нас не было опыта ни в методах, ни в характеристиках».

Шанкаран, который обратился к Джеффри С. Муру, профессору-исследователю в области химии, за экспертизой, сказал, что этот проект был бы невозможен без сотрудничества.

«По большей части это химия – то, чем моя группа не занимается – и мы не смогли бы добиться успеха, если бы у нас не было человека с необходимым химическим образованием», – сказал Шанкаран.

Цзянь Ван, ведущий автор исследования и научный сотрудник группы Мура, привнес в проект свой опыт в области химии и материаловедения и работал с экспертом по плазме Скоттом Дубовски, соавтором исследования и научным сотрудником группы Шанкаран, чтобы изучить плазменно-жидкостный процесс, а затем определить органическую реакцию для изучения.