Pushing The Boundaries Of Fundamental Chemistry

Pagrindinės chemijos ribų stumimas

Chemija yra esminė kasdienės rutinos dalis, nuo deguonies molekulių, kurios leidžia gyvybei į energiją, kuri verčia automobilius ir namus. Chemikui taip pat yra paslėptas pasaulis, esantis po apčiuopiamu - atomo lygio vaizdu apie fizinį pasaulį sudarančius elementus. Pagrindiniai chemikai tyrinėja pagrindinę molekulių struktūrą, kuri yra dviejų ar daugiau atomų grupė, kurią kartu turi vienas iš daugiau cheminių ryšių.

Mokslininkai Danielio Mindiolos laboratorijoje Chemijos katedroje stumia pagrindinės chemijos ribas, nes „neįmanomos molekulės“ - „neįmanoma“, nes jos yra labai reaktyvios, nestabilios arba negali egzistuoti įprastomis atmosferos sąlygomis, pvz., Esant deguoniui. Chemikai yra suinteresuoti juos ištirti, nes jie gali padaryti chemines reakcijas efektyvesnes ir tvaresnes.

„American Chemical Societydes“ žurnale skelbiamas tyrimas, kaip padaryti vieną tokią molekulę, cirkonio kompleksą ir galinį azoto atomą, jungiamą per daug cheminių ryšių. Šios molekulės yra labai reaktyvios dėl didelio neigiamo krūvio azoto atomo, todėl jas labai sunku stabilizuoti ir tirti.

„Cirkonio nitrido medžiagos“, sako lyderis ir absolventas Laurenas Grantas, „turi plačias programas ir medžiaga yra labai tvirta, tačiau iššūkis yra tas, kad mes negalime naudoti standartinių metodų šių medžiagų studijoms. Taigi vietoj galinio molekulinio metalo nitrido galime naudoti kitus metodus, tokius kaip NMR ir rentgeno spinduliuotės difrakcija, siekiant geriau suprasti šią cheminę jungtį ir kaip ji gali būti naudinga reaktyvumui. “

Pushing the boundaries of fundamental chemistry
Grant išleido daugiau kaip 10 darbų doktorantūros metu. chemijos katedros studentas. Jos naujausias darbas yra beveik trijų metų darbo, nuo pradinio studijų plano iki paskelbtų rezultatų, rezultatas.

Anksčiau Mindiola laboratorija izoliavo terminalo titano nitridą. Titanas ir cirkonis yra toje pačioje pereinamųjų metalų grupėje, tačiau iššūkis buvo tas, kad dėl tam tikrų cirkonio tarpinių produktų nestabilumo reikėjo sukurti visiškai kitokį reakcijos kelią.

Ypač nestabilių molekulių gamybai reikalingi netradiciniai metodai, pavyzdžiui, netiesioginiai maršrutai naudojant dominančią molekulę. Jei kažkas neveikia taip, kaip buvo prognozuota, daugelis minčių turi pereiti į alternatyvų eksperimentinį projektą. „Pirmiausia turite sugalvoti sintetinę schemą, kuri atrodo perspektyvi. Jei net vienas žingsnis neveikia, turite grįžti ir galvoti apie tai, kur galite eiti toliau. Chemija yra tarsi didelė galvosūkis: kiekvienas eksperimento gabalas turi būti visiškai suderintas, kad galėtų susiburti “, - sako Grant.

Praėjus trims metams nuo pradinės idėjos iki galutinio rezultato, kuris galėjo būti paskelbtas, nors Grant sako, kad didžiąją darbo dalį užtruko tik šeši mėnesiai. Nesinaudodamas cirkonio nitrido projektu, Grant sutelkė dėmesį į kitus projektus, kurie leido jai grįžti į šią molekulę su aiškesniu protu. „Kartais geriausias dalykas, kurį reikia padaryti, kai paspausite užsikimšimo tašką, yra pereiti prie kito. Tada galite grįžti prie pirmosios su naujomis įžvalgomis “, - sako ji.

Pushing the boundaries of fundamental chemistry
Mindiola laboratorijos sintezuotos molekulės gali reaguoti su vandeniu ir deguonimi, todėl dauguma eksperimentų turi būti atliekami uždarytose pirštinių dėžėse, užpildytose 100 proc. Azoto.

Kadangi Mindiola grupės naudojamos cheminės medžiagos ir reagentai gali reaguoti su oru esančiu deguonimi ir drėgme, visi eksperimentai paprastai atliekami 100% azoto atmosferoje, kuri laikoma be oksigenų ir vandens. Mokslininkai dirba sandariuose dėžutėse, naudodami pora storų guminių pirštinių, kurios yra uždarytos prie stiklo lango.

„Grant“ daugelį metų dirba pirštinių dėžėse, tačiau prisimena, kaip keista, kai ji moko naujus studentus ar tyrėjus. „Kartais tik pirštinių įdėjimas gali padaryti ką nors naujo penkių minučių, todėl tikrai yra mokymosi kreivė“, - sako Grant.