120 Yıllık Reaksiyon, Çevre Dostu, Macun Bazlı Çok Farklı Bir Yöntemle Yeniden Sunuldu
Fotoğraf: (Sol) Bir saatlik bilyeli öğütme işleminden sonra magnezyum metali ve organohalojenür reaksiyon karışımı. Bu malzemenin daha sonraki reaksiyonlarda kullanılması, istenen ürünün sadece %6’lık bir verimine yol açtı. (Sağ) Aynı işlem, ancak başlangıçta, küçük bir miktarda organik çözücü de eklendi. Grignard reaktifinin bu macun formunun sonraki reaksiyonlarda kullanılması, istenen ürünün %94’e ulaşan verim sağladı.
Kimyanın en yaygın kullanılan bileşik sınıflarından birini oluşturmak için yeni bir yöntem, endüstriyel süreçleri daha ucuz, daha basit ve daha çevre dostu hale getirerek devrim yaratabilir.
Hokkaido Üniversitesi’ndeki bilim insanları tarafından yönetilen bir grup araştırmacı, -kimya endüstrisinde en önemli ve yaygın olarak kullanılan reaktif türlerinden biri olan- Grignard reaktiflerini üretmek için zararlı organik çözücülerin kullanımını şiddetli ölçüde azaltan ve üretim maliyetlerinin düşmesini sağlayan daha basit, daha çevreci bir yöntem geliştirdiler. Bu yeni proses Nature Communications’ta yayınlandı.
Grignard reaktifleri, organik moleküllerin yapı taşları olan karbon-karbon bağları oluşturmak için yaygın bir yöntemde temel bir bileşendir. Bu reaktifler 120 yıl önce keşfedildi, fakat stabilitesi olmaması sebebiyle hala kullanılan geleneksel üretim yöntemi, toksik organik çözücülerde ve neme ve oksijene maruz kalmadan gerçekleştiriliyor. Bu, çevreye zararlı atık üreten karışık, hassas ve pahalı bir süreçle sonuçlanmaktadır.
Araştırmacılar, kullanılan organik çözücü miktarını en aza indirerek ve Grignard reaktiflerini üretmek için bilyeli öğütme adı verilen kimyasal enerjinin mekanik enerjiye çevrilmesine ait bir teknik kullanarak bu sorunlardan kaçındılar. Reaktanlar, magnezyum metali ve organohalojenürler, paslanmaz çelik bir bilye ile birlikte bir metal hazne içine yüklendi. Kilit bir adım ise, organik çözücünün küçük bir miktarı -geleneksel yöntemlerde kullanılan miktarın yaklaşık onda biri-, katı reaktanlara eklendi. Hazne daha sonra bir saat döndürüldü, bilyenin yuvarlanmasına ve katı haldeki reaktanlara çarpmasına neden oldu, bu da iyice karışmalarına ve reaksiyona girmesine yardımcı olarak, macun benzeri bir Grignard reaktifi oluşturmuştur.
Fotoğraf: (Üst Panel) Magnezyum ve organohalojenürleri organik çözücülerde tepkimeye girerek Grignard reaktiflerini sentezlemek için geleneksel yöntem. Bu yöntem 120 yıldır kullanılmaktadır. (Alt Panel) Reaktifleri minimum organik solvent kullanımıyla bir bilyeli değirmende karıştırarak Grignard reaktiflerini sentezlemek için yeni yöntem. Bu yöntem, hemen hemen hiç çözücü olmadan çok çeşitli organik reaksiyonlar elde etmek için ortam havasında kullanılabilir.
Araştırmacılar, tipik olarak geleneksel yöntemle yapılamayan organik çözücülerde zayıf çözünürlüğe sahip organohalojenürler kullanarak, yeni Grignard reaktifleri meydana getirmede bile başarılı oldular. Organik çözücülerin fazla kullanımından kaçınmak, araştırmacıların çözünürlük problemlerinin üstesinden gelmesini sağladı. Bu da çözünmeyen bileşiklerden hazırlanan Grignard reaktifleri ile yeni bir reaksiyon dünyası açılmış oldu. Bu durum, aynı zamanda zararlı atıklarda büyük bir azalmaya öncülük etmiştir.
Ek olarak, daha az organik çözücü kullanıldığında Grignard reaktiflerini etki altına almak su veya oksijen için daha zor oluyor. Bu, çevredeki havadan su ve oksijen gideriminin gerekli olmadığı, işlemin daha kolay ve daha az maliyetle gerçekleştiği anlamına gelmektedir. Potansiyel ekonomik ve çevresel yararlar dikkate alındığında, bu keşif kimya endüstrisinde dev bir etkiye sahip olabilir.
Doç. Dr. Koji Kubota, “Çevresel kaygılara değinmek ve CO2 emisyonlarını azaltmak için büyüyen bir ihtiyaçla birlikte, bu organik çözücü gerektirmeyen kimyasal reaksiyonları geliştirmek için önemlidir.” Diye yorumladı. “Grignard reaktifleri, tartışmasız en iyi bilinen ve endüstride en yaygın kullanılan reaktiflerdir, ve bu nedenle çalışmalarımız çok sayıda kimyasal üretme yolunu temelden değiştirebilir, bu da çevre üzerindeki etkisini (darbesini) önemli ölçüde azaltmaya öncülük etmiş olacaktır.
Kaynak: phys.org
