Mekanokemisk syntese: Ny teori forklarer reaktionshastighedsacceleration

I modsætning til konventionel organisk syntese bruger mekanokemi ikke opløsningsmidler, der til sidst bliver industrielt affald. Således er mekanokemi miljøvenlig og gør det muligt for os at udføre organisk syntese ved hjælp af reaktanter, der dårligt opløses i almindelige opløsningsmidler.

Da opløsningsmidler ikke anvendes, er reaktanter, der bruges til organisk syntese, ofte i fast tilstand. Tidligere eksperimentelle undersøgelser har antydet, at kraften, der anvendes af bolden til systemet, fremskynder den kemiske reaktion, men det er ikke godt forstået, hvordan makroskopiske kræfter påvirker kemiske reaktioner i molekylærskalaen.

Sammenlignet med konventionelle metoder til organisk syntese er det teoretiske fundament for mekanokemisk organisk syntese stadig i sin spædbarn. En dybere forståelse af reaktionskinetik inden for mekanokemiske reaktioner vil være afgørende for at fremme marken mod at blive en konventionel strategi i sig selv.

Med henblik herpå har et forskerteam ledet af lektor Tetsuya Yamamoto ved Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICREDD), Hokkaido University, udviklet en teori, der forudsiger reaktionshastigheder i mekanokemiske organiske reaktioner ved hjælp af en kuglemølle.

Deres arbejde, der er offentliggjort i tidsskriftet RSC -mekanokemiblev gennemført gennem et samarbejde mellem forskere, der specialiserede sig i organisk kemi og reologi.

Kemiske reaktioner mellem faste reaktanter forekommer ved grænsefladen mellem dem for at danne et produkt. Den nye teori forudsiger, at et lag, der hovedsageligt indeholder produkter, der er dannet ved denne grænseflade, bestemmer reaktionshastigheden.

Teorien forudsiger en årsag til reaktionsacceleration: På grund af kuglerne, der kolliderer, påføres en kraft til grænsefladen til reaktanterne, hvor produktet dannes. Denne kraft reducerer tykkelsen af ​​det produktrige lag og inducerer hurtigere kollisioner mellem reaktanter, hvilket fører til øget produktdannelse.

“Denne undersøgelse er det første forsøg på at fremstille en kinetisk teori om mekanokemisk reaktion ved at fokusere på grænseflader. Det vil danne grundlaget for at udvikle teorier for at give yderligere indsigt i mekanismen for reaktionsacceleration ved anvendte mekaniske kræfter,” sagde undersøgelsens første forfatter, Lektor Tetsuya Yamamoto.

“De detaljerede reaktionsmekanismer for mekanokemiske processer forbliver stort set gådefulde. Eksperimentelle tilgange alene har vist sig utilstrækkelige til fuldt ud at belyse disse mekanismer. Dog gennem et fremragende samarbejde på WPI-ICREDD har vi med succes udviklet en foreløbig teoretisk ramme for bedre Kræfter i at køre mekanokemiske reaktioner, “sagde undersøgelsens anden forfatter, lektor Koji Kubota.