플라즈마 전기화학은 유기 화학 결합을 형성하는 새로운 방법을 제공합니다.

일리노이 대학의 플라즈마 엔지니어와 화학자들은 일반적으로 결합 형성 유기 반응에서 촉매로 필요한 값비싼 희귀 금속 없이 탄소-탄소 결합(모든 유기 화합물의 기반)을 형성하는 지속 가능한 방법을 입증했습니다.

일리노이주 핵, 플라즈마, 방사선공학, 생명공학, 화학 분야 연구자들은 학제간 협력을 통해 전문 지식을 결합하여 유기 화학을 새로운 방향으로 이끌 수 있는 금속 촉매가 없는 새로운 접근법을 개발했다고 합니다. 미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)에 발표된 연구에서 연구팀은 피나콜 결합 반응에서 탄소-탄소 결합을 형성하기 위해 전기와 플라즈마-액체 공정을 사용하여 용매화된 전자를 생성하는 방법을 설명합니다. CC 결합 형성은 의약품 및 플라스틱과 같은 인공 화학물질 생산에 널리 사용됩니다.

연구원들에 따르면, 이는 유기 산화환원 커플링 반응을 위한 플라즈마 생성 용매화 전자의 첫 번째 예이며 유사한 환원 유기 반응에 대한 지속 가능한 솔루션을 제공합니다. 일반적으로 이러한 반응에는 부족하고 비용이 많이 들 뿐만 아니라 안전이나 환경 문제가 있고 때로는 반응 과정에서 열이 필요한 금속 시약이나 촉매가 필요합니다.

연구 공동저자인 R. Mohan은 "우리 공정에는 실제로 원자로 셀과 장비를 제외한 전기만 필요하며, 미래에는 풍력이나 태양열, 원자력과 같은 재생 가능한 자원에서 전력이 나올 수 있기를 바랍니다. 따라서 전체 공정이 지속 가능합니다."라고 말했습니다. Sankaran, Donald Biggar Willett 원자력, 플라즈마 및 방사선 공학과 공학 교수.

Sankaran은 그들의 공정이 아르곤 가스로부터 전자를 생성한 다음 이 전자를 용액에 주입하여 복잡한 장비가 필요한 방사선 분해에 의해 일반적으로 생성되는 강력한 화학종인 용매화 전자를 생성한다고 말했습니다.

"우리의 경우, 용매화된 전자는 DC 전원 공급 장치와 전극과 유기 기판이 있는 용액을 수용하는 상대적으로 간단한 전기분해 반응기로 생성됩니다."라고 Sankaran은 말했습니다. 그의 그룹은 오랫동안 대기압 플라즈마를 개발해 왔습니다. 10년 전의 연구에서는 이러한 유형의 플라즈마-액체 공정을 나노입자 합성 및 질소 고정과 같은 다른 응용 분야에 적용했습니다. "우리는 유기화학에 대해 호기심이 있었지만 방법이나 특성화에 대한 전문 지식이 없었습니다."

전문지식을 얻기 위해 화학 연구 교수인 Jeffrey S. Moore에게 연락한 Sankaran은 이 프로젝트는 협력이 없었다면 불가능했을 것이라고 말했습니다.

Sankaran은 "이것의 대부분은 화학입니다. 우리 그룹에서는 하지 않는 일입니다. 필수 화학 배경 지식을 갖춘 사람이 없었다면 우리가 성공할 방법이 없었을 것입니다"라고 말했습니다.

연구의 주 저자이자 Moore 그룹의 박사후 연구원인 Jian Wang은 화학 및 재료 과학에 대한 자신의 전문 지식을 프로젝트에 활용하고 Sankaran 그룹의 연구 공동 저자이자 연구 과학자인 플라즈마 전문가 Scott Dubowsky와 협력하여 플라즈마-액체 공정을 수행한 다음 연구할 유기 반응을 식별합니다.

Wang은 다양한 유기 기질을 실험하고 다양한 분석 기술을 사용하여 반응을 특성화했으며 궁극적으로 피나콜 결합을 선택했습니다. 왜냐하면 이 반응은 탄소-탄소 결합 형성에 대해 잘 확립된 반응이고 플라즈마 액체 공정에서 작동할 수 있다고 믿었기 때문입니다. 생명공학 교수이자 화학 계열 교수인 Rohit Bhargava 그룹의 또 다른 공동 저자이자 박사후 연구원인 Matthew Confer는 자신의 컴퓨터 화학 전문 지식을 사용하여 용매화 전자 화학과 라디칼 반응으로부터 피나콜 제품이 어떻게 형성되는지 모델링했습니다.

Stanley O. Ikenberry 연구 교수이자 화학 명예 교수이자 Howard Hughes 의학 연구소 교수인 Moore는 "이것은 성공적인 협력을 위한 황금률의 훌륭한 예입니다. 최고의 협력자는 공통 목표를 공유하지만 서로 다른 전문 지식을 제공합니다."라고 말했습니다.