ANI |
Zaktualizowano: 07 stycznia 2024 23:19 IST

Chicago [US]7 stycznia (ANI): Badania ujawniły sposób wykorzystania energii elektrycznej do usprawnienia pewnego rodzaju reakcji chemicznej często stosowanej przy wytwarzaniu innowacyjnych kandydatów na leki farmaceutyczne.
Badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Chicago. Odkrycie, o którym doniesiono w Nature Catalytic, stanowi krok naprzód w elektrochemii i wskazuje przyszłą ścieżkę inicjowania i kierowania reakcjami oraz uczynienia ich bardziej zrównoważonymi.
„Chcemy zrozumieć, co dzieje się na poziomie podstawowym na styku elektrod i wykorzystać to do przewidywania i projektowania bardziej wydajnych reakcji chemicznych” – powiedziała Anna Wuttig, adiunkt rodziny UChicago Neubauer i główna autorka artykułu.
„To krok w stronę ostatecznego celu”.
W niektórych reakcjach chemicznych energia elektryczna może zwiększyć wydajność, a ponieważ niezbędną energię można uzyskać ze źródeł odnawialnych, może przyczynić się do uczynienia światowego przemysłu chemicznego bardziej ekologicznym.
Jednak elektrochemia, jak wiadomo w tej dziedzinie, jest szczególnie złożona.
Wielu naukowców nie wie o interakcjach molekularnych, zwłaszcza że do mieszanki należy włożyć przewodzące ciało stałe (elektrodę), aby wytworzyć prąd, co oznacza, że ​​cząsteczki oddziałują z tą elektrodą, a także ze sobą. Dla naukowca próbującego rozwikłać rolę, jaką odgrywa każda cząsteczka i w jakiej kolejności, sprawia to, że i tak już skomplikowany proces staje się jeszcze bardziej skomplikowany.
„A co, jeśli pomyślisz o tym jak o elektrochemii zapewniającej nam unikalną dźwignię projektową, która nie jest możliwa w żadnym innym systemie?” powiedziała.
W tym przypadku ona i jej zespół skupili się na powierzchni elektrody dostarczającej energię elektryczną do reakcji.

„Istniały wskazówki, że sama powierzchnia jest katalityczna i że odgrywa pewną rolę” – powiedział Wuttig – „ale nie wiemy, jak systematycznie kontrolować te interakcje na poziomie molekularnym”.
Majstrowali przy typie reakcji powszechnie stosowanej w produkcji chemikaliów stosowanych w medycynie, polegającej na utworzeniu wiązania między dwoma atomami węgla.
Zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi, gdy reakcja ta jest przeprowadzana przy użyciu prądu, wydajność reakcji powinna wynosić 100 procent, co oznacza, że ​​wszystkie cząsteczki, które weszły do ​​reakcji, przekształcają się w jedną nową substancję. Ale gdy przeprowadzisz reakcję w laboratorium, wydajność jest niższa.
Zespół uważał, że obecność elektrody odciąga niektóre cząsteczki od miejsc, gdzie były potrzebne podczas reakcji. Odkryli, że pomocne może być dodanie kluczowego składnika – substancji chemicznej zwanej kwasem Lewisa dodanej do ciekłego roztworu, która przekierowała te cząsteczki.
„Uzyskujesz niemal czystą reakcję” – powiedział Wuttig.
Co więcej, zespół był w stanie zastosować specjalne techniki obrazowania, aby obserwować przebieg reakcji na poziomie molekularnym. „Widać, że obecność modulatora ma głęboki wpływ na strukturę międzyfazową” – powiedziała.
„Dzięki temu możemy wizualizować i rozumieć, co się dzieje, zamiast postrzegać to jako czarną skrzynkę”.
To kluczowy krok, stwierdził Wuttig, ponieważ wskazuje drogę ku możliwości nie tylko wykorzystania elektrody w chemii, ale także przewidywania i kontrolowania jej skutków.
Kolejną korzyścią jest to, że elektrodę można ponownie wykorzystać w większej liczbie reakcji.
„To krok w kierunku zrównoważonej syntezy” – stwierdziła.
„Idąc dalej, moja grupa jest bardzo podekscytowana możliwością wykorzystania tego typu koncepcji i strategii do planowania i stawienia czoła innym syntetycznym wyzwaniom”. (ANI)