كبديل للطرق التي تتطلب ظروفًا كيميائية قاسية ، يوفر التفاعل طريقًا جديدًا لصنع مركبات مفيدة تحتوي على الفوسفور.
ابتكر الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تفاعلًا كيميائيًا جديدًا يسمح لهم بتركيب حلقة تحتوي على الفوسفور ، باستخدام محفز لإضافة الفوسفور إلى مركبات عضوية بسيطة تسمى الألكينات .
تفاعلهم ، الذي ينتج عنه حلقة تحتوي على ذرتين من الكربون وذرة فوسفور واحدة ، يمكن إجراؤه في درجة حرارة وضغط عاديين ، ويستخدم جزيء جديد يحتوي على الفوسفور "محمّل بنابض" يغذي ذرة الفوسفور .
يقول كريستوفر كامينز ، أستاذ الكيمياء في معهد هنري دريفوس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وكبير مؤلفي الدراسة : "هذا مثال نادر لاكتشاف تفاعل محفز جديد ، ويفتح ثروة حقيقية من الفرص الجديدة للقيام بالكيمياء بفضل تفاعل لم يكن موجودًا من قبل".
يمكن لهذه الحلقات المحتوية على الفوسفور أن تجد استخدامات كمحفزات لتفاعلات أخرى ، أو كسلائف لمركبات مفيدة مثل المستحضرات الصيدلانية ، كما يقول كامينز.
خلق الحلقة
تعتبر المركبات العضوية التي تحتوي على روابط مزدوجة بين ذرات الكربون ، والمعروفة أيضًا باسم الأوليفينات أو الألكينات ، سلائف مهمة في العديد من التفاعلات الكيميائية المفيدة صناعيًا . من خلال كسر روابط الكربون-الكربون وإضافة ذرات جديدة أو مجموعات ذرات ، يمكن للباحثين إنشاء مجموعة متنوعة من المنتجات الجديدة .
على سبيل المثال ، ابتكر الكيميائيون سابقًا طرقًا لتحويل الرابطة المزدوجة للكربون-الكربون إلى حلقة ثلاثية الأعضاء عن طريق إضافة ذرة كربون أخرى أو ذرة نيتروجين أو ذرة أكسجين . يمكن العثور على هذه المركبات في البلاستيك ، والمستحضرات الصيدلانية ، والمنسوجات ، وغيرها من المنتجات المفيدة .
ومع ذلك ، نظرًا لأن الفوسفور أثقل من الكربون أو النيتروجين أو الأكسجين ، فقد كان من الصعب إيجاد طريقة لدمجه في الأوليفينات دون استخدام طرق "القوة الغاشمة" التي تتطلب ظروفًا كيميائية قاسية . أراد فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا التوصل إلى طريقة لإجراء هذا التفاعل في ظل ظروف معتدلة ، وذلك باستخدام محفز لنقل مجموعة فوسفينيدين - ذرة فوسفور مرتبطة بمجموعة كيميائية عضوية - إلى الأولفين .
من أجل تحقيق ذلك ، احتاجوا إلى مادة أولية يمكن أن تعمل كمصدر للفوسفينيدين ، لكن هذه المركبات لم تكن موجودة لأن نظائرها المباشرة لتلك المستخدمة في العناصر الأخف مثل الكربون غير مستقرة مع الفوسفور.
في ورقة بحثية صدرت عام 2019 ، طور مختبر Cummins مصدرًا واحدًا محتملاً ، يتكون من فوسفينيدين مرتبط بجزيء يحتوي على عدة حلقات هيدروكربونية . باستخدام هذا المركب ، تمكنوا من تصنيع حلقة من ثلاث ذرات تحتوي على الفوسفور ، لكن التفاعل تطلب درجات حرارة عالية وعمل فقط مع أنواع معينة من الأوليفينات .
في ورقتهم الجديدة ، استخدم فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مصدرًا مختلفًا للفوسفور للتفاعل - وهو مركب صنعه مختبر Cummins لأول مرة في عام 2021. هذا الجزيء عبارة عن رباعي السطوح ، وهو شكل له قدر كبير من "إجهاد" الطاقة ، كثيرًا مثل الزنبرك المضغوط ، بسبب زوايا الرابطة الصغيرة بين الذرات الأربع التي تشكل رباعي الوجوه .
يحتوي هذا المركب ، المسمى ثلاثي بوتيل فوسفات متراهيدرين ، على ثلاثة رؤوس تتكون من ذرات كربون مرتبطة بمجموعة كيميائية تسمى ثلاثي بوتيل ، وقمة واحدة تتكون من ذرة فوسفور مع زوج غير مشترك من الإلكترونات. في ظل الظروف المناسبة ، يمكن تفتيت هذا الجزيء المجهد لتحرير ذرة الفوسفور.
التوليف الفعال
باستخدام هذا الجزيء المحمّل بنابض ، تمكن الباحثون من استخدام محفز يحتوي على النيكل لنقل الفوسفينيدين إلى أوليفينات لإنشاء حلقات ثلاثية الأعضاء . يمكن إجراء هذا التفاعل في درجة حرارة الغرفة ، مع إنتاجية عالية من المنتج المطلوب .
يقول كامينز: "تصطف جميع النجوم هنا من حيث قدرتنا على تخليق سلائف شديدة التوتر تؤدي إلى تفاعل في درجة حرارة الغرفة وتحفيز سريع".
يخطط الباحثون الآن لمزيد من التحقيق في آلية كيفية حدوث هذا التفاعل ، والذي يعتقدون أنه يعتمد على انتقال الفوسفينيدين مؤقتًا إلى مركب محفز النيكل . ثم يدمج المحفز الفوسفور في الرابطة المزدوجة للأولفين .
يأملون أيضًا في استكشاف إمكانية إنشاء مجموعة متنوعة من المركبات الجديدة التي تشمل الحلقة المحتوية على الفوسفور ، وتطوير طرق للتحكم في أي من نسختين محتملتين من الصور المعكوسة يتم تصنيعها. بمجرد تكوين هذه الحلقات المحتوية على الفوسفور ، يمكن فتحها عن طريق إضافة جزيئات إضافية لإنشاء مركبات مفيدة أخرى. تتضمن التطبيقات المحتملة لهذه الأنواع من المنتجات محفزات للتفاعلات الأخرى ، أو مكونات المستحضرات الصيدلانية التي تحتوي على الفوسفور.
اكتشف الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لدمج الفوسفور في مركبات الحلقة ثلاثية الأعضاء ، باستخدام هذا الجزيء "المحمّل بنابض" كمصدر للفوسفور.
المصدر