Δαμάζοντας άπιαστα μόρια για μετατροπή ενέργειας, αφαίρεση ρύπων και δημιουργία πολύτιμων πόρων
Κάθε μέρα περιτριγυριζόμαστε από χημικές διεργασίες που βελτιώνουν την ποιότητα της ζωής μας, ενώ οι περισσότεροι από εμάς δεν γνωρίζουμε καν ότι υπάρχουν, και όσοι γνωρίζουν συχνά μένουν έκπληκτοι με το πώς η φύση μπορεί να μεταμορφώσει τα μόρια.
Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα είναι η μετατροπή τοξικών ρύπων σε μη επικίνδυνα προϊόντα σε έναν καταλύτη ελέγχου εκπομπών αυτοκινήτων. Ή πάρτε μια από τις πιο σημαντικές διαδικασίες της χημικής βιομηχανίας, που είναι η οξείδωση της αμμωνίας με οξυγόνο. Κάθε χρόνο, παράγονται περισσότεροι από 30 εκατομμύρια μετρικοί τόνοι νιτρικού οξέος, το οποίο ουσιαστικά τροφοδοτεί τον κόσμο επειδή είναι ο πρόδρομος του λιπάσματος. Ένα άλλο συναρπαστικό παράδειγμα είναι η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε πιο χρήσιμη χημική ενέργεια, όπως αποδεικνύεται από τη φωτοσύνθεση.
Το κοινό χαρακτηριστικό αυτών των αντιδράσεων είναι η ενεργοποίηση πολύ ισχυρών χημικών δεσμών. Ωστόσο, οι μηχανισμοί αντίδρασης για αυτές τις διαδικασίες είναι ελάχιστα κατανοητοί. Ωστόσο, υπάρχει συναίνεση σχετικά με τη σημασία του επιλεγμένου μεταλλικού καταλύτη και την παρουσία δραστικών ενδιάμεσων ειδών, τα οποία σχηματίζονται στην επιφάνεια του καταλύτη.
Έχει προταθεί ότι αυτά τα βασικά ενδιάμεσα είναι ικανά να ενεργοποιούν ισχυρούς δεσμούς λόγω ειδικών δομικών χαρακτηριστικών, τα οποία είναι εξαιρετικά αντιδραστικοί τερματικοί δεσμοί μετάλλου-οξυγόνου ή μετάλλου-αζώτου.
Η σύνθεση και η απομόνωση τέτοιων βασικών ενδιάμεσων είναι ιδιαίτερα επιθυμητή σε προκειμένου να κατανοήσουμε αυτές τις σημαντικές διαδικασίες και να σχεδιάσουμε καλύτερους καταλύτες στο μέλλον.
Έτσι, θέλαμε να βρούμε κοινές τάσεις σχετικά με τις ιδιότητες των μορίων που σταθεροποιούν σύμπλοκα παλλαδίου με τέτοιες τερματικές οξο και ιμιδο ομάδες. Τέτοια κίνητρα σύνδεσης είναι μια από τις πιο σημαντικές κατηγορίες τέτοιων ενδιάμεσων ενδιάμεσων ενώσεων υψηλής αντίδρασης. Διεξάγαμε, επομένως, μια θεωρητική υπολογιστική μελέτη σχετικά με τη σταθερότητα και την αντιδραστικότητα τέτοιων ενώσεων. Ως εκ τούτου, στοχεύουμε στη μοντελοποίηση αυτών των αόριστων μορίων πριν από τη σύνθεση στα εργαστήριά μας, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι πειραματικές προσπάθειες και να μειωθεί ανάλογα το κόστος.
Οι υπολογισμοί μας έδειξαν δύο πιθανά δραστικά ενδιάμεσα, είτε μια οξο ένωση παλλαδίου με το μέταλλο σε κατάσταση χαμηλής οξείδωσης (II) είτε ένα παλλάδιο υψηλού σθένους (IV). Επειδή οι μεταλλικοί πυρήνες παλλαδίου (IV) υψηλού σθένους έχουν έλλειψη ηλεκτρονίων, οι υπολογισμοί μας προέβλεπαν ότι υψηλή προτεραιότητα είναι η δωρεά πυκνότητας ηλεκτρονίων στο μέταλλο. Ακολουθώντας αυτές τις προβλέψεις, πιστεύουμε ότι η συνθετική απομόνωση των τερματικών οξο ενώσεων παλλαδίου είναι εφικτή δεδομένου του κατάλληλου περιβάλλοντος που περιβάλλει το μεταλλικό κέντρο.
Αυτήν τη στιγμή παρακολουθούμε αυτές τις υπολογιστικές προβλέψεις πειραματικά στο εργαστήριο και επιδιώκουμε το όνειρό μας να απομονώσουμε αυτές τις άπιαστες ενώσεις. Ελπίζουμε να αναπτύξουμε τελικά νέους καταλύτες για τη μετατροπή και αποθήκευση ενέργειας καθώς και τη σύνθεση πολύτιμων βασικών χημικών ουσιών.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στα άρθρα με τίτλο How to tame a palladium terminal imido, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο The Journal of Organometallic Chemistry και How to tame a palladium terminal oxo, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Chemical Science. Αυτή η εργασία διεξήχθη από την Annette Grünwald και Dominik Munz από το Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg.
Αναφορές
- Χημ. Επιστημ. 2018, 9, 1155.
- Τζ. Οργανομετ. Χημ. 2018 , 864 , 26.
