Черпая вдохновение в природе, ученые из Университета Нового Южного Уэльса разработали новый метод химического восстановления - промышленный процесс, используемый для производства топлива и химикатов, жизненно важных для современного общества.
Их подход, основанный на катализаторах, имеет большие преимущества, заключающиеся в том, что в нем используются дешевые восполняемые реагенты, и он хорошо работает при комнатной температуре и на воздухе - настолько, что его можно безопасно проводить даже в чайной чашке.
Исследование группы под руководством доцента Стивена Колбрана из Школы химии UNSW было опубликовано на обложке журнала Angewandte Chemie.
Катализатор, который они разработали, имитирует активность встречающихся в природе ферментов, которые катализируют восстановление, таких как алкогольдегидрогеназа в дрожжах, которая помогает производить спирт из сахара.
«Промышленные химические восстановительные процессы лежат в основе человеческого существования, но они неустойчивы, потому что они необратимо потребляют реагенты, которые производятся с непомерно высокими энергозатратами», - говорит доктор Колбран.
"Мы считаем, что наш новый биомиметический дизайн может найти широкое применение в химическом восстановлении."
Химическое восстановление включает в себя добавление электронов к веществу и является основой для производства многих видов топлива, включая сахара, которые растения производят в процессе фотосинтеза.
В промышленности молекулярный водород и химически активные реагенты, такие как боргидрид натрия, используются в качестве восстановителей при производстве фармацевтических препаратов, агрохимикатов и аммиака для удобрений.
«Производство этих веществ требует больших затрат энергии, приводит к выбросу углекислого газа, и с ними трудно обращаться и хранить», - говорит доктор Колбран. «Поэтому мы решили посмотреть на природу, чтобы увидеть, как она это делает».
Команда объединила комплекс переходного металла, содержащий родий, с дигидропиридином Ганча - органическим донором гидрид-иона, сходным с биологическими никотинамидами - для получения нового биостимулированного катализатора. Они проверили его на обычном процессе - восстановлении иминов - и были удивлены, обнаружив, что в условиях окружающей среды он работает с эффективностью более 90% в большинстве случаев.
Доктор Колбран даже проверил это в чашке. «Я подумал, что это будет немного забавно. И это говорит о важном: наша каталитическая система очень проста в использовании».
По стечению обстоятельств исследование было проведено ровно через столетие после того, как Альфред Вернер получил Нобелевскую премию по химии за свою работу о структурах комплексов переходных металлов. Кроме того, его научный руководитель Артур Ханч открыл способ синтеза дигидропиридинов.
«Потребовалось всего 100 лет, чтобы объединить работу научного руководителя и студента в одну молекулу», - говорит доктор Колбран.
Будущая цель состоит в том, чтобы попытаться преобразовать парниковый газ, двуокись углерода, в возобновляемое топливо, метанол, гораздо более эффективно.