Tim King's College London otkrio je neutralni trimer aluminijuma — cyclotrialumane — u kome tri atoma formiraju stabilan trougaoni prsten. Taj trimer umeće etilen i stvara dosad neviđene peto- i sedmočlane prstenaste strukture, a takođe cepa H2 na sobnoj temperaturi. Istraživanje je fundamentalno, sprovedeno u laboratorijskim uslovima, ali otvara put za jeftinije i održivije hemijske procese koji bi mogli smanjiti zavisnost od plemenitih metala.
Novi trougaoni oblik aluminijuma koji bi mogao zameniti platinu — izolovan neutralni trimer
King's College London chemists created a new triangular aluminium molecule that breaks chemical bonds and builds unprecedented ring structures, offering a cheap platinum alternative. (CREDIT: Shutterstock)
Platina je ključna u mnogim industrijskim procesima — vrlo efikasna, ali i izuzetno skupa. Tim sa King's College London predstavlja značajan korak ka tome da neke od funkcija skupih plemenitih metala preuzme mnogo jeftiniji i obilniji aluminijum.
U radu objavljenom u Nature Communications, dr Clare Bakewell i saradnici opisuju novu formu aluminijuma nazvanu cyclotrialumane — neutralni trimer u kome tri atoma aluminijuma čine trouglasti prsten povezan aluminijum–aluminijum vezama. Ova vrsta jedinjenja do sada nije bila zabeležena u neutralnom cikličnom obliku.
Dr Clare Bakewell and her research group (Rohil Anandkar, Michelangelo Tritto, Dr Matt de Vere-Tucker and Imogen Squire). (CREDIT: King’s College London)
Šta su otkrili?
Istraživači su dobili trimer redukcijom aluminijumskih prekursora pomoću kalijum metalne redukcije. Reakcija je dala tamnocrvene kristale; rendgenska strukturalna analiza potvrdila je postojanje trouglastog aluminijumskog jezgra. Značajno je da molekul ostaje stabilan i u rastvoru — mnogi srodni kompleksi se fragmentuju čim napuste čvrsto stanje.
Neobične reakcije i reaktivnost
Cyclotrialumane pokazuje niz reakcija bez prethodnog primera: na sobnoj temperaturi umeće etilen u aluminijumsko jezgro, formirajući prvi put viđenu petočlanu strukturu koja sadrži i atome aluminijuma i ugljenika. U prisustvu viška etilena reakcija može napredovati do sedmočlanih prstenova i daljih sukcesivnih dodataka, što ukazuje na stepwise rast lanaca.
A cyclotrialumane – a cyclic trimer with a three-aluminium core. (CREDIT: Nature Communications)
Trimer takođe cepa dihidrogen (H2) na sobnoj temperaturi — standardni test koji pokazuje da jedinjenja glavne grupe mogu da obavljaju transformacije obično pripisane prelaznim metalima.
Zašto je ovo važno?
Računarske analize pokazuju da tri atoma aluminijuma dele elektrone na način koji kombinuje kovalentnu vezu i dodatnu stabilizaciju kroz međuvezujuće interakcije; geometrijski strain prstena doprinosi visokoj reaktivnosti. To daje osnovu za dalji razvoj aluminijumske hemije koja bi mogla premostiti neke funkcije skupih metala u katalizi i sintezi.
The formation of cyclotrialumanes. Synthetic routes to the formation of compounds 2p-tol and 2m-xyl (via routes 1 and 2) and the related products 3p-tol, 4p-tol and 5p-tol. Reaction conditions, times and yields shown in the figure. (CREDIT: Nature Communications)
Ograničenja i perspektiva
Rad je čvrsto u domenu fundamentalne hemije. Sintetika je reproducibilna i daje relativno visok prinos, ali se izvodi u strogo kontrolisanim uslovima (inertna atmosfera, laboratorijski aparati). Autori jasno napominju da nije reč o gotovom industrijskom rešenju — put do praktičnih katalizatora zahteva još mnogo istraživanja i optimizacije.
Takođe, važno je istaći da ekstrakcija aluminijuma i dalje zahteva znatne energetske resurse; potencijalne ekološke i ekonomske prednosti zasnivaju se pre svega na obilnosti i nižoj ceni u odnosu na plemenite metale, a ne na besprekornom lancu snabdevanja.
Computational and experimental analysis of 2p-tol. (CREDIT: Nature Communications)
Zaključak
Otkriveni neutralni trimer popunjava prazninu u znanju o aluminijumskoj hemiji i otvara novu platformu za razvoj varijabilnih ligandnih sistema koji se mogu prilagođavati za različite reaktivnosti. Iako daleko od industrijske primene, ovo otkriće predstavlja važan korak ka korišćenju zemno-obimnih elemenata u reakcijama koje su do sada bile rezervisane za retke i skupe metale.
„Još smo u istraživačkoj fazi, ali već vidimo da ova hemija može podržati prelaz na čišću, zeleniju i jeftiniju hemijsku proizvodnju,“ zaključuje dr Clare Bakewell.
Izvor: Nature Communications. Rad je predstavljen u vestima The Brighter Side of News.
Pomozite nam da budemo bolji.
