Процесс описан в Интернете в Журнале Американского химического общества. Фармацевтические препараты, электронные компоненты, пластмассы и топливо – это лишь некоторые из товаров на основе нефти, молекулы углеводорода.
Но чтобы использовать нефть, сначала необходимо разорвать химические связи между ее атомами водорода и углерода, чтобы можно было добавить другие элементы. Разорвать эти связи – кроме сжигания – непросто для химиков.
«Эти углеродно-водородные связи инертны, и требуется катализатор для облегчения химических реакций, которые вызывают разрыв связей», – говорит Нил Манкад,
Доцент химии UIC, который разработал процесс со своим аспирантом Томасом Маццакано. Большинство используемых в настоящее время катализаторов представляют собой дефицитные и дорогие «благородные» металлы, такие как платина, палладий и иридий. Они также токсичны, и их трудно полностью удалить из фармацевтических препаратов и других продуктов, предназначенных для потребления человеком.
«Эти металлы используются по одной причине – потому что они действительно хорошо работают, и есть несколько альтернатив», – сказал Манкад. "Поиск более безопасных и дешевых заменителей этих катализаторов на основе благородных металлов – главная цель современной химии."
Манкад разработал способ совместного использования меди и железа для замены чрезвычайно редкого металлического катализатора иридия, который используется в химическом процессе, называемом борилированием. Добавление атома бора к углероду – это первый шаг в синтезе многих продуктов, от химиотерапевтических препаратов до клеев и полимеров.
«Иридий – буквально наименее распространенный элемент в таблице Менделеева», – сказал Манкад. "На самом деле большая часть его исходит от метеоритов."
В реакции борилирования иридий берет два электрона, которые образуют углерод-водородную связь, и отдает их атому бора, чтобы связать его с углеродом. В процессе Манкада медь и железо вступают в реакцию с одним электроном и вместе переносят два электрона из углеродно-водородной связи, образуя углерод-борную связь.
«Цветные металлы никогда не рассматривались для таких двухэлектронных реакций, как борилирование», – сказал Манкад. "Медь и железо, которые довольно дешевы и встречаются в большом количестве, если их разместить очень близко друг к другу, способны обеспечивать двухэлектронные реакции, как и иридий."
Манкад считает, что его методика катализа неблагородных металлов может быть применена к другим реакциям, которые превращают органический материал в полезные конечные продукты.
Его группа ищет такие применения и работает над тем, чтобы сделать свою стратегию более практичной, чтобы конкурировать с традиционной химией благородных металлов.
«Использование меди и железа для катализирования этих реакций, необходимых для производства стольких вещей, на которые мы полагаемся каждый день, принесет пользу окружающей среде и поможет снизить затраты», – сказал Манкад. «Медь и железо в изобилии и дешевы, и их не нужно полностью очищать от конечных продуктов, в отличие от благородных металлов, потому что они менее токсичны."