Добавить новость
ru24.net
News in English
Сентябрь
2019

How an elusive catalyst makes unusual reactions happen

0

Though the recipe for soap — insert an oxygen atom into a carbon-hydrogen bond — sounds simple, carbon-hydrogen bonds are as hard to pull apart as gum stuck in hair. But since they provide the foundation for far more than just soap, finding a way to break that stubborn pair could revolutionize how chemical industries produce everything from pharmaceuticals to household goods.

Now, researchers at Harvard and Cornell have done just that. They have discovered exactly how a reactive copper-nitrene catalyst — which, like the peanut butter used to loosen gum’s grip on hair, nudges a chemical reaction to occur — could transform one of those strong carbon-hydrogen bonds into a carbon-nitrogen bond, a valuable building block for chemical synthesis.

In a paper published in Science, Kurtis Carsch, a Ph.D. student in the Department of Chemistry at the Graduate School of Arts and Sciences, Ted Betley, the Erving Professor of Chemistry, Kyle Lancaster, an associate professor of chemistry at Cornell, and their team of collaborators describe not only how a reactive copper-nitrene catalyst performs its magic, but also how to bottle the tool to make products like solvents, detergents, and dyes with less waste, energy, and cost.

Industries often forge the foundation of such products (amines) through a multistep process. First, raw alkane materials are converted to reactive molecules, often with high-cost, sometimes noxious catalysts. Then, the transformed substrate exchanges a chemical group, which often requires a whole new catalytic system. Avoiding that step and instead instantly inserting the desired function directly into the starting material could reduce the overall materials and potentially even the toxicity of the process.

That’s what Betley and his team aimed to do: Find a catalyst that could skip chemical steps. Even though researchers have hunted for the exact make-up of a reactive copper-nitrene catalyst for more than a half century, the precise formation of the pair’s electrons remained unknown. “Electrons are like real estate. Location is everything,” Betley said.

“The disposition of electrons in a molecule is intimately tied to its reactivity,” said Lancaster, who, along with Ida DiMucci, a graduate student in his lab, helped establish the inventories of electrons on the copper and the nitrogen. Using X-ray spectroscopy to find energies where photons would be absorbed — the mark of an electron’s absence — they found two distinct holes on the nitrogen.

“This flavor of nitrogen — in which you have these two electrons missing — has been implicated in reactivity for decades, but nobody has provided direct experimental evidence for such a species,” he added.

They have now. Typically, if a copper atom binds to a nitrogen, both give up some of their electrons to form a covalent bond, in which they share the electrons equitably. “In this case,” Betley said, “it’s the nitrogen with two holes on it, so it has two free radicals and it’s just bound by a lone pair into the copper.”

That binding prevents the volatile nitrene from whizzing off and performing destructive chemistry with whatever gets in its way. When someone gets a cut on their leg, for example, the body sends out a reactive oxygen species, similar to these nitrene radicals. But while the reactive oxygen species attack invading parasites or infectious agents, but they can damage DNA, too.

So, to contain the reactive nitrene, first-author Carsch built a massive cage in the form of a ligand. The ligand — like organic shrubbery surrounding the copper-nitrene pair — kept the catalyst intact. When he cut back that shrubbery and introduced another substance, — like a carbon-hydrogen bond — the fiery nitrene set to work.

Betley calls the catalyst a skeleton key with the potential to unlock bonds that would otherwise be too strong to use in synthesis. “Hopefully, we can generate these chemical species that are now going to be so reactive that they render the most inert kind of substances we have around us as something we can play with,” he said. “That would be really, really powerful.”

When Carsch first made the molecule, “he was literally bounding with joy,” Betley said. And his results only got more interesting: The nitrene reacted better than expected, even though “the molecule has no right to be stable,” and the bonding structure looked different than any of the designs proposed during the last six decades of research. “Had we proposed it at the outset, I think people would have scoffed at us.”

Though Betley has chased this elusive species — what Lancaster calls “big-game hunting” — ever since he launched his lab in 2007, he takes more pride in his collaborators than the winning science. “I get all my enjoyment from seeing Kurtis and my other students get super fired up about what they’ve actually been able to make,” he said. Carsch faced both critics and chemical walls but persisted nonetheless. “I’m glad he’s stubborn, as stubborn as I am,” Betley said. They both might be as stubborn as the bonds they can now break.

Next, the team could draw inspiration from this new design to build catalysts with even broader-reaching applications, like mirroring nature’s way of converting dangerous methane into methanol. “A real Holy Grail would be to say, ‘OK, that C-H bond there, that particular one in this molecule, I want to turn that into a C-N bond or a C-O bond,’” Lancaster said. That may be a distant goal, but his so-called “dream team” could be the right one to hunt down the solution.




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Обзор известных приложений, созданных на iOS

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?


Евгения Вершинина: 5 модных трендов этой осени

Российская мода на «Текстильлегпром»

Фестиваль «Чистопрудный Fest» покажет исторические районы Москвы с необычной стороны

Питание и здоровье: чего нам не хватает?


Every time we go on holiday my husband ogles other women on the beach

Elle King shares major life update after opening up about 'toxic' relationship with dad Rob Schneider

Marin schools proactive on state cellphone restrictions

Inexperienced Secret service agent called tech support hotline for help piloting drone ahead of Trump rally shooting: bombshell report


В Екатеринбурге показали, как будет выглядеть обновленный сквер Бориса Рыжего

Забетонирована первая опора моста «Парус»

ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

В городском округе Домодедово проведена агитационно-разъяснительная работа с населением о сохранности имущества.


Кровь, кишки и всё такое в трейлере новых добиваний для Mortal Kombat 1

Мафия-НН: Густой аромат армянского кофе наполнил воздух старательно украшенной гостиной.

Мафия-НН: Все началось за длинным столом на пивном заводе.

Мультиплеерный данжен-кроулер Greedy Wizards: Speed Dungeon вышел в новой стране на iOS и Android



Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»




Адвокат Блиновской заявила, что блогер обжаловала свой арест

Педагогов обучат навыкам первой медицинской помощи

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

В Северной Осетии рассказали о росте числа туристов за первое полугодие


Финский дипломат оценил возможность улучшения отношений Москвы и Хельсинки

Специалист Рублёва: жители Москвы смогут увидеть комету C/2023 A3

«Вратарь Галактики»: У нас в Рязани космолет с глазами

Старшеклассники двух гимназий Люберец выполнили нормы ГТО


Камилла Рахимова вышла во второй круг WTA-1000 в Пекине, обыграв Кимберли Биррелл

Эйсинг-777 // Марин Чилич стал самым низкорейтинговым чемпионом турнира АТР

Хуркач пожертвует по €100 за каждый эйс пострадавшим от наводнения

Алибек Качмазов поднялся на 73 позиции в рейтинге ATP, достигнув 179-го места


Сотрудники МЧС спасли москвича, собиравшегося выпрыгнуть из окна

Специалист Рублёва: жители Москвы смогут увидеть комету C/2023 A3

Новак: экспорт СПГ из России по итогам 2024 года вырастет до 35 миллионов тонн

Экологический фестиваль прошел в центральном парке в Люберцах


Музыкальные новости

Волочкова озвучила возможную причину пожара в ее любимой бане

Концерт ко Дню пожилого человека пройдет в Мытищах 1 октября

Metallica — Harvester Of Sorrow (Москва, Тушино, 28.09.1991)

Певец Алексей Глызин призвал молиться о здоровье госпитализированного Добрынина



В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

В Москве ежегодно состоялся юбилейный, всероссийский, патриотический гала-концерт «Проза и поэзия» «Россия - семья семей»

Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»


Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

Мы тоже можем: Google в Европе подала антимонопольную жалобу на Microsoft

М-А. Калиматов: «Под руководством Валентины Матвиенко были приняты самые важные для страны решения»

Лавров заявил о превращении союза США и Южной Кореи в тройственный блок с Японией


Скрипят тормоза: основные причины

С номером 666. Audi влетела в фуру на скорости 300 км/ч в Подмосковье

Можно ли перевестись из одной автошколы в другую в процессе обучения?

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Гражданам Москвы и Московской области, получившим тяжелые производственные травмы, выданы автомобили марки «Лада Гранта»


Политический директор премьера Венгрии: наша страна сдалась бы в случае

Рябков назвал «развернутой» реакцию Запада на заявления по ядерной доктрине РФ

Американская разведка предупредила Байдена: Путин не пошутил, Зеленский тянет нас в ад

Акции Газпрома на Московской бирже поднялись на 1,76% после поручения Путина


Рентгенолог Чекалина усомнилась в целесообразности частых КТ при COVID-19




Терапевт Кондрахин посоветовал идти к врачу при наличии болей в грудной клетке

Осень или организм: врач объяснил, кто виноват в усиленном выпадении волос

Педагогов обучат навыкам первой медицинской помощи

Косметолог Мадина Байрамукова: какие народные рецепты красоты могут быть опасны


Человек-скандал: Все яйца Зеленского — в корзине Камалы Харрис

Иницитатива Киева: Белый дом снял ответственность за визит Зеленского на военный завод

Зеленский отреагировал на выделение нового пакета военной помощи от США

Байден анонсировал поставку Киеву дальнобойных ракет


Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

Подведены итоги конкурса «Мы верим твердо в героев спорта»

ГУАП на открытии XXIX Международного Биос-форума


Лукашенко дал ответ на вопрос, в каком случае Минск применит ядерное оружие

«Россия за нас втягивается…» Лукашенко грозит НАТО ядерным оружием

Лукашенко назвал условие, при котором Минск применит ядерное оружие

Александр Лукашенко анонсировал название для 2025 года и всей пятилетки, у студентов было другое предложение



«В ближайшие регионы»: Собянин анонсировал продление МЦД до четырёх областей

Собянин: МЦД продлят до Калужской, Смоленской, Тульской и Ярославской областей

Собянин посоветовал москвичам пересаживаться на электромобили

Собянин пообещал продлить скоростные диаметры Москвы в Ярославскую область


«Чистая Арктика» разработает стандарт сбора и вывоза отходов из удаленных мест

Собянин посоветовал москвичам пересаживаться на электромобили

Столица представила аналитический доклад по климатической повестке городов России

Москва подготовила аналитическое исследование «Климатическая повестка городов России»


Собянин: 12,2 миллиона гостей приняла Москва за первые шесть месяцев года

Глава Солнечногорска Константин Михальков встретился с участниками СВО

Косметолог объяснила занесение смертельной инфекции девушке во время уколов ботокса в Москве

«Вратарь Галактики»: У нас в Рязани космолет с глазами


ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

В пропавшем в Архангельской области вертолете находился депутат Сметанин

Беспроводной сканер штрих-кодов SAOTRON P05i промышленного класса

Прокуратура проверяет информацию о пропаже вертолета в Архангельской области


В районе Симферополя появится необычный жилой квартал

Творческая композиция «Диво дивное руки творят».

Под Симферополем продолжается строительство нового крупного микрорайона

Прогноз погоды в Крыму на 26 сентября


В Дзержинске установили памятник муромским святым Петру и Февронии

Проекты благоустройства Дно разработают студенты ведущих вузов России

В FR CONCEPT на Петровке открылось кафе SINTRA

Собянин: 12,2 миллиона гостей приняла Москва за первые шесть месяцев года












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Хуберт Хуркач

Хуркач пожертвует по €100 за каждый эйс пострадавшим от наводнения






Transfermarkt: Миранчук — четвёртый по стоимости игрок в чемпионате Швейцарии

Суд в Москве взыскал с внука Пугачевой долг по оплате коммунальных услуг

Чуть больше любви к себе

Новак: экспорт СПГ из России по итогам 2024 года вырастет до 35 миллионов тонн