กลศาสตร์อาจช่วยให้เราบรรลุปฏิกิริยาที่“ เป็นไปไม่ได้”

เคมีดั้งเดิมคือดังนั้นปีที่แล้ว. ยินดีต้อนรับสู่โลกแห่งกลศาสตร์ซึ่งปฏิกิริยาที่คิดว่าเป็นไปไม่ได้ - แน่นอนนั่นเป็นเป็นไปไม่ได้เมื่อพยายามทำในรูปแบบทั่วไปมากขึ้น-เป็นไปได้และมีช่องทางในการสำรวจใหม่ล่าสุด

แม้ว่าครั้งสุดท้ายที่คุณเข้าไปในห้องแล็บเคมีกลับมาอยู่ในโรงเรียนมัธยมโอกาสที่คุณจะจำได้ว่าใช้เวลามากมายในการผสมของเหลวต่างๆเข้าด้วยกันจะเกิดขึ้นเช่นการเปลี่ยนสีหรือการตกตะกอนของแป้งปรากฏขึ้น

มากมายมีการเรียกว่าตัวทำละลายแบบดั้งเดิมและการเลือกที่ถูกต้องสำหรับจุดประสงค์ของคุณเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการ - แต่มีวิธีที่จะได้สารสองชนิดในการโต้ตอบโดยไม่ต้องละลายก่อน หนึ่งคือการแนะนำแรงทางกลในส่วนผสมหรือที่เรียกว่า mechanochemistry

“ เคมีที่แปลกใหม่”

“ แม้ว่าจะได้รับการแนะนำโดย WH Ostwald ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 แต่วิธีการทางกลศาสตร์มักได้รับการยกย่องว่าเป็นเคมีที่แปลกใหม่” เขียนผู้เขียนของ A2022 รีวิวในเรื่อง “ นี่เริ่มเปลี่ยนไป”

โดยปกติพลังงานที่จำเป็นในการเติมเชื้อเพลิงปฏิกิริยาทางเคมีมาจากการเติมแสงความร้อนและ/หรือไฟฟ้า “ พลังงานเกือบทุกชนิดสามารถนำไปใช้สำหรับการเริ่มต้นของปฏิกิริยาเคมีหรือสำหรับการให้ความร้อนของการผสมปฏิกิริยา”กระดาษ 2011- อย่างไรก็ตามแทนที่จะเป็นสิ่งเหล่านี้อย่างไรก็ตามสารเคมีขึ้นอยู่กับแรงกลไก - ยกตัวอย่างเช่นการบดสารสองชนิดให้เข้ากันกับครกและสาก

ข้อดีของวิธีการนี้รวมถึงการทำงานของของแข็งที่ไม่สามารถละลายได้จริงหรือในกรณีที่การใช้ตัวทำละลายจะรบกวนปฏิกิริยา (หรืออาจเป็นได้เพื่อการทดลองของมนุษย์)

เช่นเดียวกับปูนและสาก - Oldie แต่ยังคงเป็น Goodie - มีเครื่องมือที่ทันสมัยกว่าเล็กน้อยสำหรับนักเวทมนตร์ที่ฉลาดในปัจจุบัน โรงงานบอลเป็นตัวเลือกทั่วไปเครื่องบดขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยลูกบอลแข็งที่ชวนให้เลือกวัสดุลงในอนุภาคเล็ก ๆ สิ่งเหล่านี้เข้ามาประเภทต่าง ๆ- ด้วยวัสดุการกัดที่แตกต่างกันความถี่การหมุน ฯลฯ - เพื่อให้คุณสามารถปรับแต่งให้เข้ากับการทดลองเฉพาะของคุณ การใช้เครื่องจักรแทนที่จะพึ่งพาความสามารถในการบดของมนุษย์หมายความว่าคุณจะได้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันมากขึ้น

ทุกอย่างฟังดูง่าย ๆ - ผสมสองสิ่งเข้าด้วยกันด้วยแรงมากพอและปฏิกิริยาทางเคมีอาจเกิดขึ้น - แต่ความจริงก็คือมีความซับซ้อนมากมายไปอยู่ใต้พื้นผิวมันไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์

“ การทำความเข้าใจกับการเปลี่ยนแปลงทางกลศาสตร์เป็นงานที่มีปัญหาอย่างแม่นยำเนื่องจากความแตกต่างอย่างลึกซึ้งระหว่างเคมีโซลูชันทั่วไปและเคมีที่เปิดใช้งานโดยแรงทางกล” อ่านการทบทวน 2022

การศึกษาใน2019พยายามที่จะพยายามและเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับอนุภาคเมื่อสารได้รับปฏิกิริยาทางกล ทีมงานต่างประเทศใช้การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองการตกผลึกร่วมของแอสไพรินและยาแก้ปวดอื่น ๆ Meloxicam เผยให้เห็นสิ่งที่พวกเขาอธิบายว่าเป็น แม้ว่ายาทั้งสองจะถูกรวมเข้าด้วยกันในรูปแบบคริสตัลที่เป็นของแข็งโดยไม่มีการเพิ่มตัวทำละลาย แต่จำเป็นต้องใช้พลังงานน้อยที่สุดเพื่อให้พวกเขาเริ่มผสม

“ สิ่งที่ทำให้ฉันประทับใจก็คือคริสตัลทำตัวเหมือนสีโป๊ว - พวกเขาเกือบจะดูเหมือนพลาสติกและพวกมันก็เป็นเรื่องที่น่าประทับใจในการติดต่อเหล่านี้ เมื่อคุณดึงพวกเขาออกจากกันมีคอเกี่ยวพันของโมเลกุลระหว่างผลึกสองตัว” ศาสตราจารย์สจวร์ตเจมส์ผู้เขียนร่วมกันโลกเคมี-

“ ฉันเห็นว่านี่เป็นการอยู่ใกล้จุดเริ่มต้นของพื้นที่การวิจัยใหม่” เขากล่าวเสริมและดูเหมือนว่าสหภาพเคมีระหว่างประเทศของเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ (IUPAC) ได้ตกลงกันว่าตั้งชื่อการอัดรีดแบบปฏิกิริยา (AKA mechanochemistry) เป็นหนึ่งใน 10 นวัตกรรมทางเคมีที่คาดการณ์ว่าจะเปลี่ยนโลกเป็นส่วนหนึ่งของมันการเฉลิมฉลองครบรอบหนึ่งร้อยปี-

อนาคตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

หนึ่งในตัวขับเคลื่อนที่อยู่เบื้องหลังความสนใจที่เพิ่มขึ้นในกลศาสตร์กลศาสตร์คือมันสามารถใช้ในการทำกระบวนการสังเคราะห์ที่มีอยู่ทั้งปลอดภัยและยั่งยืนมากขึ้น

ตัวทำละลายมักจะทำส่วนผสมปฏิกิริยาส่วนใหญ่ น่าเสียดายที่ตัวทำละลายอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ที่เราใช้ไม่มีข้อมูลรับรองสีเขียวที่ยอดเยี่ยม-

เพิ่มความจริงที่ว่าหลายคนเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และนำโลจิสติกส์ที่ซับซ้อนเกี่ยวกับการจัดเก็บและการขนส่งและคุณสามารถเห็นได้อย่างรวดเร็วว่าทำไมการกำจัดตัวทำละลายจะน่าสนใจ

ปฏิกิริยาทางกลศาสตร์อาจก้าวหน้าได้เร็วกว่าปฏิกิริยาทั่วไปเพิ่มประสิทธิภาพ

ทั้งหมดนี้จะบอกว่า mechanochemistry ไม่ได้เป็นวิธีแก้ปัญหาง่าย ๆ สำหรับปัญหาทั้งหมดของเรา แต่มันอาจเป็นส่วนสำคัญในการทำให้เคมี“ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม”

ทำให้เป็นไปไม่ได้

อีกแง่มุมหนึ่งของ mechanochemistry ที่สร้างเสียงกระหึ่มจริงคือศักยภาพในการเปิดวิธีการสังเคราะห์วัสดุใหม่อย่างสมบูรณ์

“ ย้อนกลับไปในปี 1990 [... ] การศึกษาแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาที่ได้รับการส่งเสริมทางกลดำเนินไปตามเส้นทางสังเคราะห์ที่แตกต่างจากที่อธิบายไว้ในการแก้ปัญหา” การทบทวน 2022 อธิบาย

ผู้เขียนเตือนว่าการใช้กลศาสตร์กลศาสตร์เท่านั้นเพื่อเพิ่มปฏิกิริยาทางเคมีและกระบวนการที่เราคุ้นเคยอยู่แล้วจะเป็น

“ ในระยะสั้น” พวกเขากล่าวเสริมว่า“ mechanochemistry เป็นโอกาสที่ท้าทายในการสำรวจดินแดนที่ไม่ได้จดที่แผนที่ของพื้นที่เคมี”

หนึ่งในหลาย ๆ ตัวอย่างเกี่ยวข้องกับระดับของโมเลกุลที่ได้รับการยอมรับสำหรับศักยภาพของพวกเขาในผลิตภัณฑ์ยาและสารกำจัดวัชพืช:n-sulfonylguanidines การสังเคราะห์สารประกอบเหล่านี้เป็นเรื่องยากมากโดยใช้วิธีการที่ใช้ตัวทำละลายแบบดั้งเดิม แต่นักวิจัยมีที่สังเกตได้การเพิ่มพลังงานเชิงกลลงในส่วนผสมสามารถเอาชนะปัญหาเหล่านี้และให้ผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์มากขึ้น

ผู้เสนอของ mechanochemistry เชื่อว่าอาจมีปฏิกิริยาอื่น ๆ อีกมากมายที่ถูกส่งไปยังกอง "เป็นไปไม่ได้" แต่อาจได้รับการมองอีกครั้งโดยใช้เทคนิคกลศาสตร์

ที่ทำให้เป็นไปได้และมันก็เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมด้วยเหรอ? Iupac บอกว่า mechanochemistry อาจเปลี่ยนโลก