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化学家们为无数新的、更清洁的甲烷使用奠定了基础

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-08-27  来源:奇虎中国网  浏览次数:179
核心提示:

甲烷是世界上最丰富的碳氢化合物。它是天然气和页岩气的主要成分,燃烧时是一种有效的燃料。但它也是导致气候变化的主要因素,其温室气体的效力是二氧化碳的24倍。
宾夕法尼亚大学化学家领导的一个研究小组采用一种新的方法,证明了利用甲烷而不是作为化石燃料,而是作为制造更复杂分子(如药物和其他有附加值的物质)的多功能化学构件。
这种反应还提供了一种利用甲烷特性而不释放温室气体的方法。
这篇论文的高级作者、宾夕法尼亚大学艺术与科学学院化学系的校长丹尼尔·米迪奥拉(Daniel Mindiola)说:“除了将甲烷作为燃料之外,找到使用甲烷的方法是使用这种丰富气体的一种实际方法。”“我们的方法很有希望能激发我们的灵感,让我们不再消耗我们的资源,而是把它们当作一个碳积木,来准备更有价值的材料。”
这项研究将发表在《科学》杂志上。
Mindiola与Kyle Smith合作,Kyle Smith是Mindiola实验室的研究生,也是论文的第一作者;Simon Berritt,宾夕法尼亚大学高通量筛选中心的主任在化学系工作;访问学者马里亚诺·冈萨雷斯-莫雷拉斯;韩国先进科学技术研究院的安圣贤和朴义铉;密尔顿·r·史密斯三世是密歇根州立大学的教授,他和罗伯·麦莱兹卡一起,首次发现了一种化学反应,即碳-氢硼化合反应,目前的研究正是基于这种化学反应。
甲烷由一个碳原子和四个氢原子组成。当它被燃烧时,所有四个碳-氢键都被破坏,导致二氧化碳和水的产生,而这两者都是温室气体。
密歇根州立大学的史密斯说:“如果只有一两个氢键可以被有效地打破,那么有可能将两个或更多甲烷分子中的碳原子连接起来,形成更大的碳氢化合物。”例如,汽油是含有4到12个碳原子的碳氢化合物的混合物。用来制作垃圾袋和牛奶罐的聚乙烯是由数百万个碳原子组成的。
然而,选择性地控制碳氢键是困难的。因此,化学家们认为甲烷在燃烧前是相对惰性的。此外,由于甲烷是一种环境温度和压力下的气体,它不是最容易操作的化学物质。 /p 泰国试管婴儿 泰国试管婴儿成功率 雅堂 美国试管婴儿官方 试管婴儿检查方法 夏令营入营 怎样去泰国做试管宝宝


但是米迪欧拉有个想法:如果他尝试在不同的压力条件下用甲烷进行硼化反应,会怎么样?碳-氢硼化合是由史密斯和他的同事开发的一个过程,在这个过程中,碳氢化合物与含硼化合物发生反应,由金属催化。这个反应导致碳氢键被碳硼键取代。然后,这个键可以很容易地交换,使碳与其他任何数量的化学基团结合在一起。尽管硼酸盐是十多年前被发现的,但还没有人尝试过用甲烷——最简单的碳氢化合物。
研究人员决定尝试这种方法。利用文献中其他底物的已知条件,他们确定了可能起作用的化合物和催化剂的正确组合,然后使用计算方法评估不同条件和可能提高反应效率的试剂。最后,他们使用了宾夕法尼亚大学的高通量筛选中心(High flow Screening Center),这是美国仅有的几家此类机构之一,该中心允许同时检测96种不同的反应,以确定反应的最有效条件。
第一次实现高效的甲烷C-H键激活。
催化循环状态的计算结构。信贷:肠易激综合症
Penn设施的独特之处在于,它允许在高压条件下进行反应,而高压条件允许团队在气态状态下使用甲烷,而不是在环境条件下工作。
最有利的反应,在相对温和的条件下进行的150摄氏度和500磅每平方英寸的甲烷,用金属铱催化剂,导致收益率高达52% borylated甲烷碳氢borylation高选择性的一个碳氢键而不是多个债券。
“事实证明,甲烷并不像人们预期的那样惰性,”米迪奥拉说。“我们可以用现成的试剂把它硼化,这非常方便。”
该团队目前正在评估其他试剂来做a。 /p 泰国试管婴儿 泰国试管婴儿成功率 雅堂 美国试管婴儿官方 试管婴儿检查方法 夏令营入营 怎样去泰国做试管宝宝

 
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