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.
Najnoviji rezultati nastavak su istraživanja koja znanstvenici Laboratorija za zelenu sintezu IRB-a provode zadnjih nekoliko godina i u kojima prednjače u svijetu.
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 spektroskopiji in situ, a koje su po prvi put omogućile uvid u odvijanje kemijskih reakcija tijekom mljevenja.
Najnoviji rezultati znanstvenika iz Laboratorija za zelenu sintezu IRB-a objavljeni su u dva znanstvena rada, jedan u uglednom časopisu Chemical Communications (IF: 6,29), a drugi u prestižnom Journal of the American Chemical Society (JACS, IF: 14,36).
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
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.
Oba istraživanja provedena su u sklopu projekta Hrvatske zaklade za znanost (HrZZ) 'Mehanokemijska reaktivnost pod kontroliranim uvjetima temperature i atmosfere za čistu sintezu funkcionalnih materijala' (UIP-2014-09-4744), te su dio doktorskog istraživanja doktoranda HrZZ-a Stipe Lukina.
