Nove spoznaje Ruđerovaca o mehanokemijskim procesima

Zeleni kemičari s Instituta Ruđer Bošković (IRB) u suradnji s kolegama na Europskom sinkrotronu u Grenobleu (ESFR) došli su do novih fundamentalnih rezultata istraživanja mehanokemijskih procesa koji otvaraju put njihovoj bržoj primjeni u kemijskoj industriji.

Mehanokemijska sinteza mljevenjem važna je jer predstavlja energetski učinkovitiju te ekološku, zelenu alternativu klasičnoj otopinskoj sintezi. Omogućuje pripravu raznih funkcionalnih materijala s velikom primjenom u industriji i sintezi farmaceutskih spojeva, a sve više se koristi i u sintezi organskih spojeva.

Unatoč njihovoj rastućoj popularnosti, mehanizmi mehanokemijskih reakcija i dalje ostaju nedovoljno razjašnjeni. Zadnjih godina su upravo znanstvenici s Ruđera, u suradnji s inozemnim kolegama, razvili nove instrumentne metode proučavanja mehanokemijskih reakcija koje se temelje na difrakciji rentgenskog zračenja na polikristalnom uzorku te Ramanovoj spektroskopijiin situ, a koje su po prvi put omogućile uvid u odvijanje kemijskih reakcija tijekom mljevenja.

Mljevenje znatno ubrzava reakciju u čvrstom stanju

U radu objavljenom u Journal of the American Chemical Society, znanstvenici su koristili izotopno obilježene reaktante kako bi pokazali da tijekom mljevenja reaktanata dolazi do izmjene atoma vodika između kristalita mljevenih krutina, neovisno nastaju li pritom nove molekule, odnosno neovisno o tome odvija li se usporedno kemijska reakcija. Osim izmjene atoma vodika, izmjenjuju se i same molekule između kristalita tijekom mljevenja čime je pokazano da mljevenje značajno ubrzava inače iznimno sporu difuziju u čvrstom stanju.

''Na taj smo na taj način posredno objasnili neka obilježja mehanokemijskih reakcija u slučajevima kad one nalikuju na reakcije u otopinama. Upravo je uporaba izotopno obilježenih krutina, u sprezi sa spektroskopskim metodama, pokazala skrivenu kemijsku reaktivnost koja se inače ne bi mogla opaziti. Na ovaj smo način opisali fundamentalni aspekt mehanokemijskih reakcija i interakcije mljevenih čvrstih tvari.'' – objašnjava Stipe Lukin, prvi autor na radu te doktorand u Laboratoriju za zelenu sintezu IRB-a.

Spomenimo i još jednu zanimljivost, a to je da je rad objavljen u JACS-u privukao veliku pažnju akademske zajednice te se trenutno nalazi u gornjih pet posto svih objavljenih radova u svijetu prema interesu koji je privukao, a koji prati servis Altmetrics.

Put prema kristalnom inženjeringu za reakcije u čvrstom stanju

U drugom radu objavljenom u Chemical Communications ovaj tim znanstvenika je po prvi puta opisali nastajanje kokristala reaktanata kao međuprodukta tijekom organske sinteze u čvrstom stanju. Naime, malom promjenom reakcijskih uvjeta znanstvenici su mogli manipulirati brzinom nestajanja kokristala kao i mehanizmom nastanka produkta.

''Nastajanje kokristala kao intermedijera prije ciljne kemijske reakcije neobično je te, ukoliko bi ovaj proces mogli kontrolirati, otvara vrata korištenju kristalnog inženjeringa za organsku sintezu u čvrstom stanju.'' – objašnjava dr. sc. Ivan Halasz, autor na radu.