Gezegenin en bol enerji kaynaklarından biri olan doğal gaz esas olarak metan, etan ve propandan oluşur. Enerji için geniş çapta yakılıp sera gazı emisyonlarına neden olsa da, bilim adamları ve endüstriler uzun süredir bu hidrokarbonları doğrudan değerli kimyasallara dönüştürmenin yollarını arıyorlar. Bununla birlikte, aşırı stabiliteleri ve düşük reaktiviteleri, kimya endüstrisi için sürdürülebilir hammadde olarak kullanımlarını sınırlayarak zorlu bir zorluk oluşturmuştur.
Şimdi, Santiago de Compostela Üniversitesi Biyolojik Kimya ve Moleküler Malzemeler Araştırma Merkezi’nden (CiQUS) Martín Fañanás liderliğindeki bir ekip, metan ve diğer doğal gaz bileşenlerini, farmasötikler gibi yüksek talep gören ürünleri sentezlemek için çok yönlü “yapı taşlarına” dönüştürmek için çığır açan bir yöntem geliştirdi. Yayınlandığı yer Bilim GelişmeleriBu ilerleme, daha sürdürülebilir ve döngüsel bir kimya ekonomisine doğru kritik bir atılımı temsil ediyor.
CiQUS ekibi ilk kez biyoaktif bir bileşiği (hormon tedavisinde kullanılan steroidal olmayan bir östrojen olan diestrol) doğrudan metandan başarıyla sentezledi. Bu başarı, metodolojilerinin basit, bol ve düşük maliyetli bir hammaddeden karmaşık, yüksek değerli moleküller yaratma potansiyelini gösteriyor.
Yeni kimyasal yolların kilidini açmak için serbest radikalleri evcilleştirmek
Ekibin stratejisi, gaz molekülüne küçük bir kimyasal “tutamağın” (bir alil grubu) eklenmesini içeren, alilasyon adı verilen bir reaksiyona odaklanıyor. Bu sap, farmasötik aktif bileşenlerden günlük kimyasallara kadar geniş bir yelpazede nihai ürünler oluşturmak için sonraki adımları mümkün kılan çok yönlü bir dayanak görevi görür. Ana engel, katalitik sistemin istenmeyen klorlama yan ürünleri üretme ve süreci raydan çıkarma eğilimiydi.
Bu engelin üstesinden gelmek için ekip, özel yapım bir supramoleküler katalizör tasarladı. Prof. Fañanás şöyle açıklıyor: “Bu çığır açıcı buluşun özü, reaksiyon ortamında üretilen radikal türlerin reaktivitesini etkili bir şekilde modüle eden, kolidinyum katyonları tarafından stabilize edilmiş bir tetrakloroferrat anyonuna dayanan bir katalizör tasarlamakta yatmaktadır.”
“Demir atomunun etrafında karmaşık bir hidrojen bağları ağının oluşması, alkanı aktive etmek için gereken fotokatalitik reaktiviteyi sürdürürken aynı zamanda katalizörün rakip klorlama reaksiyonlarına girme eğilimini bastırır. Bu, seçici alilasyon reaksiyonunun ilerlemesi için en uygun ortamı yaratır.”
Yöntem, etkinliğinin ötesinde sürdürülebilirliğiyle de öne çıkıyor. Genellikle katalizde kullanılan değerli metallere göre ucuz, bol miktarda bulunan ve çok daha az toksik bir metal olan demiri kullanır ve LED ışıkla desteklenen hafif sıcaklık ve basınç koşullarında çalışır. Bu, hem çevresel etkiyi hem de enerji maliyetlerini önemli ölçüde azaltır.
Bu çalışma doğal gazın ana bileşenlerinin iyileştirilmesine odaklanmıştır. Tamamlayıcı bir ilerlemede yayınlandı Hücre Raporları Fiziksel BilimAynı ekip, bu gazları doğrudan asit klorürlerle birleştirerek tek bir adımda endüstriyel açıdan uygun ketonlar elde edecek bir yöntem sundu. Fotokatalitik stratejilere dayanan her iki çalışma da CiQUS’u, bol miktarda ham maddeden yararlanmak için yenilikçi kimyasal çözümler geliştirmede lider olarak konumlandırıyor.
Doğal gazı çok yönlü kimyasal ara maddelere dönüştürmek
Doğal gazı çok yönlü kimyasal ara maddelere dönüştürme yeteneği, endüstri için yeni olanaklar açarak, petrokimya kaynaklarının kademeli olarak daha sürdürülebilir alternatiflerle değiştirilmesinin temelini atıyor. Bu ileri düzey araştırma, Galiçya hükümetinin CIGUS akreditasyonuna sahip olan ve araştırmasının kalitesini ve etkisini tanıyan CiQUS’un mükemmellik ortamı sayesinde mümkün olmaktadır.
