Для исключения вредных растворителей из органического синтеза ученые изобрели мицеллярный нанореактор. Компоненты реагируют друг с другом в крошечных мыльных пузырьках, управляемых светом.
Исследователи из Университета Райса разработали новый метод проведения химических реакций с использованием воды вместо токсичных растворителей. Ученые создали микроскопические реакторы, способные запускать химические процессы с использованием энергии света. Они разработали металлокомплексные поверхностно-активные вещества (МКПАВ), которые самостоятельно собираются в наноразмерные сферы-мицеллы. Это нововведение может значительно снизить загрязнение окружающей среды и нежелательные контакты сотрудников с токсичными веществами в таких отраслях, как фармацевтика и лабораторный синтез, где часто применяются вредные органические растворители.
Новая мицеллярная технология представляет собой шаг вперед в области экологически чистой химии. Самоорганизующиеся мицеллы образуются в воде, где их гидрофобные ядра создают уникальную среду для проведения реакций даже с материалами, которые обычно нерастворимы в воде. Исследовательская группа под руководством Анхеля Марти, профессора и заведующего кафедрой химии в Институте Райс, продемонстрировала, что эта система может эффективно проводить фотокаталитические реакции, устраняя необходимость в использовании опасных веществ. Исследование опубликовано в журнале Chemical Science.
«Наши результаты показывают, насколько действенным могут быть нанотехнологии в решении проблем устойчивости веществ при сохранении высоких химических характеристик», — с гордостью говорит Марти. «Мы создали инструмент, который может проводить химические реакции и менять их условия, нанося минимальный вред окружающей среде и обеспечивая максимальный выход и качество продукта».
Как это работает
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — это молекулы с двойной природой: их гидрофильная часть притягивается к воде, а гидрофобная отталкивает воду. При добавлении в воду они естественным образом образуют мицеллы (крошечные сферы), в центре которых гидрофобные алкильные хвосты создают небольшое пустое пространство. Ученые модифицировали эти поверхностно-активные вещества, добавив в их структуру светочувствительный комплекс металлов, что позволило получить специфические МКПАВ.
Исследователи протестировали различные версии МКПАВ, изменив длину их гидрофобных (водоотталкивающих) хвостов. Они обнаружили, что эти молекулы могут образовывать мицеллы размером до 5-6 нанометров, что намного меньше, чем в аналогичных системах без атомов металлов. Команда использовала мицеллы для проведения фотокаталитической реакции, что позволило получить высокие выходы без использования вредных растворителей.
«Эти мицеллы действуют как крошечные реакционные сосуды», — говорит Ин Чен, первый автор этого исследования и докторант кафедры химии в университете Райса. «Они обеспечивают химические превращения, которые обычно не происходят в воде, и при этом гарантируют лучшую стабильность реакции, нежели традиционные методы».
Многие химические процессы в производстве и научных исследованиях основаны на использовании органических растворителей, которые вредны для окружающей среды и здоровья сотрудников и оттого дороги в обращении. Разработка фотоактивных мицелл на водной основе, способных стимулировать химические реакции, предлагает более безопасную и экологичную альтернативу. Кроме того, систему мицеллярного фотокатализа можно использовать повторно, что делает ее еще более экономичной и безопасной.
Недавно мы рассказали о том, как изобретатель предложил делать лекарства из нечистот.
Источник
