Kimya’nın 2016 Yılına Detaylı Bakalım, Gerçekleşen Tüm Önemli Çalışmalar Neler ? Geçen yılki kimyasal bilim araştırmalarının bazı önemli noktalarına gelin bir göz atalım. 2016’nın kimya için heyecan verici bir yıl olduğunu söylemek gerek. En önemli gelişme şüphesiz Iupac, dört yeni kimyasal element keşfedildiğini onaylayarak periyodik masanın yedinci sırasının tamamlanması. Elementlerin atom numaraları 113, 115, 117 ve 118, isimleri bunları keşfedilen Japonya, ABD ve Rusya’daki enstitüler ve ekiplerin takdiri ile sırasıyla nihonyum (Nh), moscovium (Mc), tennessine (Ts) ve oganesson (Og) olarak seçildi.
Moleküler makineler
Kimyagerler için bir diğer heyecan verici an, Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart ve Ben Feringa’ya moleküler makineler üzerinde yapılan çalışmalarından dolayı bu yılın Nobel ödülü verilmesiydi. Üçlü, mekanik olarak birbirine geçen molekülleri, motorlar ve anahtarlar gibi hareketli bileşenlere yerleştirerek, kimyada büyüyen bir alanın temellerini attı. Araştırmacılar bugün çalışmalarını sürdürmeye devam ediyor ve çalışmalarında bu yıl bazı heyecan verici gelişmeler gördüler.
David Leigh‘in İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’ndeki grubu, moleküler yükü alıp onu serbest bırakmadan önce yeni bir yere taşımayı sağlayan bir ‘robot’ molekülü geliştirdi. Robot, kavrama ucunda bir tiyol grubuna sahip olan bir dönen kola tutturulmuş bir platformdan oluşur. Kol, 3-mercaptopropanehidrazid’in yüklerine tutunabilir ve pH koşullarını değiştirerek platformun bir ucundan diğer ucuna doğru salınabilir. Bu tür bir eylem, bu kadar küçük ölçekte görülmemişti, ekip çalışmalarının moleküler robotikte ilerlemelere yol açacağından umutlu.
Leigh’in grubu ayrıca, kimyasal yakıt olan adenin trifosfatının (ATP) canlı hücrelerdeki motor proteinlere güç verme biçimini taklit eden, birbirine bağlı bir moleküler sistemi oluşturdu. Düzen, kimyasal bir yakıtın 9-fluorenylmethoxycarbonyl chloride ile etkileşerek daha büyük bir halkanın etrafında saat yönünde sürekli döndüğü bir zincirleme seriden oluşur.
Bu arada araştırmacılar canlı hücrelerin bir başka önemli bileşeni olan ribozomun etkisini yeniden oluşturmayı başardılar. Oxford Üniversitesi’nden Andrew Turberfield grubu – Warwick Üniversitesi’ndeki Rachel O’Reilly grubuyla birlikte, Önceden programlanmış bir DNA dizisi oluşturdular. Kendilerine bağlanarak peptid yapı taşlarının zincirlerini bir araya getirebilen ve kendi kendine bir araya gelebilecek bir saç tokası şeklinde DNA iplikçikleri sistemi oluşturmuş oldular. Bunlara benzer sistemlerin bir gün moleküler robotları veya fabrikaları güç ve kontrol etmeye yardım edebileceğini söylüyorlar.
Robot ahtapot
Yumuşak bir robotu kim sevmez ki? ABD’deki Harvard Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından yapılan, 3D ekranlı robot ahtapotu, bu yılın başlarında gözümüze çarptı. ‘Oktobot‘ şimdiye kadar pek az pratik kullanıma sahip olsa da, tamamen yumuşak bileşenlerden üretilen kendinden güçlü, bağlanmamış robot kavramının önemli bir kanıtıdır. Robotun harici bir güç kaynağına bağlı olması gerekmez; ayrıca dahili piller de yoktur. Bunun yerine, tamamen hidrojen peroksit üzerinde çalışır, sistem hareketlerini güçlendiren gazlar üretmek için platin katalizör varlığında parçalanır.
[youtube https://www.youtube.com/watch?v=6Wn66O-KLow]
Sentetik kimya
Diğerleri ise, tamamen farklı bir makine türüne odaklandılar; bilgisayarların kimya anlayış biçimimizi nasıl değiştirebileceğini araştırdı.
Geçen yıl Bartosz Grzybowski tarafından Güney Kore’nin Ulsan Ulusal Bilim Enstitüsü’nden ve Polonya Bilim Akademisi tarafından geliştirilen yeni yazılımlar hakkında çok şey öğrendik, araştırmacıların normalde aldığı zamandan daha az zamanda yeni sentezler planlamasına yardımcı olabilir. Literatür araştırmalarında vakit kaybetmek ortadan kalkabilir. Chematica, 10 milyondan fazla maddeyi ve aralarındaki reaksiyonları haritalandırır. Kullanıcılar bir ‘hedef’ molekülü girebilir ve sistem birkaç saniyede maliyet, alt katman bulunabilirliği ve adım sayısına dayalı en iyi potansiyel ‘yolları’ düzenler. Grubun yazılımının bir diğer parçası olan Syntaurus, yeni sentezler üretmek için elle kodlanmış 20.000’den fazla kimyasal kural kullanıyor. Yaratıcıları son zamanlarda epikolaktonu, kompleks doğal bir ürün için toplam sentezi haritalamak için kullandı.
Ve Ichigaku Takigawa’nın Japonya’daki Hokkaido Üniversitesi’ndeki grubu, farklı metallerin katalizör olarak ne kadar iyi performans göstereceğini tahmin etmek için gereken zamanı azaltan bir yöntem geliştirdi.
ABD Massachusetts Institute of Technology’den Stephen Buchwald ve Klavs Jensen, bir ‘robot kimyageri’ yaratmak için makine öğrenme yaklaşımlarını pratik kimya ile birleştirerek daha ileri gitti: hatalarını öğrenen, önceki deneylerin sonuçlarına dayanarak katalitik reaksiyonların koşullarını optimize eden bir akış reaktörü geliştirdi
Yassı ailesi
Graphene’nin 2D malzemeler dünyasında yeni arkadaşları var. 2016’da borun ilk iki boyutlu formu sentezlendi. Ayrıca antimonenin, antimonun tek katmanı olan antimoneni mutlulukla karşıladık, bunun alışılmadık bir şekilde 2D malzeme için suda dengeli olduğunu öğrendik. Bu arada teorik bilim adamları, güneş pillerinin üretebileceği SiC7 adlı yeni bir siligrafenin varlığını öngördü. Flipside, beşgenlerden oluşan iki boyutlu bir karbon allotropu olan penta-graphene’in şimdiye kadar sentezleneceği olasılığı, Nantes Üniversitesi’nden Christopher Ewels’in liderliğinde bir grup tarafından benzetimler yapılarak ortaya çıkarıldı.
Değişim için yeni katalizörler
2016,’da Katalitik reaksiyonlardan bahseden ve bu alanda bir takım yeni gelişmeler görüldü.
George Olah ve Surya Prakash’ın Güney Kaliforniya Üniversitesi’ndeki ekibi, atmosferik CO2’nin “havada yakalanması” na doğru önemli bir ilk adım olan Dünya atmosferinde bulunan küçük karbondioksit konsantrasyonundan direkt olarak metanol yapabilen katalitik bir sistem geliştirdi. Yöntemleri, havadaki CO2’yi yakalayabilen adsorbanlar içeren bir solüsyon yoluyla kabarcıklar haline getirmek ve daha sonra metanolün oluşumuyla sonuçlanan bir rutenyum katalizörü ve hidrojen ile bir araya getirmektir. Grup, çalışmayı ölçeklenebilir hale getirebilirse, doğrudan havadan yakalanan karbon dioksitten üretilecek yakıtlara veya diğer faydalı ürünlerin elde edilmesi sağlanacak.
Bir başka yeni katalizör, ilaçlardaki radyoaktif atıkları en aza indirecek şekilde radyoaktif hidrojen izotopu trityumla etiketlenmesine izin veriyor. Bu amaçla sıklıkla kullanılan iridyum veya rodyum katalizörlerinin aksine, Paul Chirik’in Princeton Üniversitesi’ndeki laboratuarı ve ABD’deki Merck araştırmacıları tarafından geliştirilen demir katalizörü, düşük trityum basınçlarında çalışır. Ayrıca, ilaçların etkinliğini ve güvenilirliğini test etmek için yeni yollar önerebilen daha önce etiketlenemeyen moleküler bölgeleride de etkinleştirir.
Ve yeni katalizör arayışı söz konusu olduğunda, düşük teknolojili yaklaşımlar da başarılar olmuştur. İngiltere, Londra, Queen Mary Üniversitesi’ndeki Remzi Becer liderliğindeki bir ekip, polimerleşmeyi katalize etmek için bakır tel yerine bir peni para harcadığını birkaç ay önce öğrendik. Madeni paranın telden daha hızlı çalıştığı ve mevcut bakır fiyatlarında çok daha uygun maliyetli bir seçenek bulunduğu tespit edildi. Birinci kuruş daha sonradan harcanabilir 🙂
Sırbistan’daki Kragujevac Üniversitesi’nden bir grup ise, limon suyunun biyoaktif moleküllerin hazırlanmasında metal katalizörlere ucuz ve yeşil bir alternatif olarak hareket edebileceğini gösterdi. Nenad Janković ve arkadaşları, limon suyundaki sitrik asitin hem bir çözücü hem de bir biyokatalizör gibi davranmasıyla, etil 4-okso-2-butenoat ve orto-fenilendiamin veya orto-aminofenol’den mükemmel verimle kuinoksalinleri ve benzoksazinleri yapabildiler.
Tepki çevirme reaksiyonu
Atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) kullanılarak üretilen görüntüler son yıllarda göz kamaştırdı. 2016’da, araştırmacılar, tekniği en ince ayrıntısına kadar kimyasal reaksiyonları araştırmak için kullanmaya devam etti. Leo Gross ve İsviçre’deki IBM Araştırma Merkezi’ndeki meslektaşları, taramalı tünelleme mikroskopunun iğne ucuna uygulanan voltaj darbeleri kullanarak tek bir molekül tepkisini ileri ve geri değiştirebildiler ve sonuçlarını AFM kullanarak incelediler. Birincisi, üç aromatik halka içeren bir molekülde bir karbon-karbon bağını koparmak için iki atım kullandılar; bu halkalardan ikisini daha büyük bir halkaya çevirdiler. Başka bir atım ile, büyük halkayı tekrar ikiye katlayabilirler.
Baskı olanakları
Son birkaç yıldır, 3D baskı, malzeme tasarımı, doku mühendisliğine kadar bir dizi disiplinde çalışan kimyagerlere yeni olanaklar yaratmaya başlamıştır. Teknoloji 2016’da ilerlemeye devam etti.
Anthony Atala’nın ABD’de bulunan Rejeneratif Tıp Wake Forest Enstitüsündeki grup, besleyici kaldıkları ve yapısal özelliklerini koruyacak geniş bir hücre alanı oluşturabilen bir 3D baskı sistemi geliştirerek, tıbbi nakiller için doku ve organlarının bastırmasına her zamankinden daha da yaklaştılar . Cihazları, canlı hücreleri içeren yumuşak, besin açısından zengin bir hidrojel baskı yapar ve dokuları ilk önce birlikte tutan, biyolojik olarak bozunabilir bir polimer ‘kalıp’ ile birlikte tutar, ancak daha sonra kaybolur. Yazıcı aynı zamanda gerçek organlarda kan damarları sistemi gibi oksijen ve besin maddelerinin dokulara beslenmesi için alanlara mikrokanalları da dahil edebilir. Ekip, sıçanlara veya farelere nakledildikten sonra hayatta kalmaya ve gelişmeye devam eden üç farklı doku türü (kemik, kas ve kıkırdakdan yapılmış insan ölçeğinde bir kulak) yazdırabileceklerini gösterdi.
İlk üç boyutlu baskı, Tobias Schaedler ve meslektaşları tarafından ABD’de bulunan ve seramik yapıları basabilen üst düzey HRL laboratuvarlarında gerçekleştirildi. Çok gevrek oldukları için, seramik malzemeler genellikle toz taneciklerinin çok yüksek sıcaklıklarda sinterleme – kaynaştırma yöntemi ile üretilmelidir. Bununla başa çıkmak için Schaedler’in grubu, ısıtıldığında seramik haline piroliz yapan seramik öncesi polimerlerin dışına serilmiş mikrolatikler gönderdi. Polimerler, yüksek saflıkta sıvılar olarak biriktirilebildiği için, kafesler, klasik yöntemlerle üretilen seramiklerden daha az kusura sahiptir, bu da onları daha güçlü hale getirir. Mikroelektromekanik sistemlerden jet motorlarına kadar uzanan potansiyel uygulamalar mevcuttur.
Bu arada, Adam Braunschweig liderliğindeki Miami Üniversitesi’nden bir grup, tekniğe yeni bir boyut kattı ve basılı polimer kalıplarının kimyasal bileşimini ve üç boyutlu konumunu kontrol eden 4D baskı dediği bir süreci geliştirdi. Sistemleri, farklı fırça polimerlerinin desenlerini bir cam yüzeye yakın bir şekilde basabiliyor ve mikroakışkan hücrelere bağlı baskı ipuçları dizilerini kullanarak konumlarını bağımsız olarak alt mikrometre çözünürlükte kontrol edebiliyor. Polimerlerin kimyasal kompozisyonunu değiştirmek için hücrelere farklı monomerler sokulabilir. Ekip, bu yaklaşımın biyolojik materyallerde görülen hem mimari hem de kimyasal karmaşıklığı çoğaltabileceklerine yaklaştığını söylüyor.
Elveda griler
2016 yılına yaklaştığımızda Mark Ellisman’ın ve Roger Tsien’in ABD’deki San Diego Üniversitesi’ndeki gruplarının çalışmalarıyla mümkün olan en yeni renkli elektron mikroskobu görüntülerini merak ettik. Teknik, proteinlerin ışığa duyarlı sürümlerini, görüntülenecek olan hücrelerin DNA’sına kodlamak ve daha sonra da lantan gibi nadir bir toprak elementi içeren diaminobenzidin (DAB) monomerleri içine batırılmasını içerir. Işık veren proteinler belirli bir ışık dalga boyuna maruz kaldığında, 5 nm içindeki herhangi bir DAB monomerine çarpıp polimerleşmesine neden olan reaktif oksijen tribünlerini serbest bırakırlar. Polimerize DAB’ye bağlı olan nadir toprak elementlerinin dağılımı, daha sonra her bir element için ayırıcı olan enerji kaybı spektrumu kullanılarak eşlenebilir ve renkleri konumlarını işaretlemek için uygulanır. Teknik, etkileşen sinir hücreleri arasındaki protein dinamiklerini izlemek için kullanıldı.
Ne zaman güneş parlıyor
2016 yılında güneş enerjisi teknolojisinde’de bir takım yeni gelişmeler bildirildi.
Perovskite güneş pilleri şu anda en popüler yapılardır. Geçtiğimiz yılın ortasında, Lozan’da İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’nden Michael Grätzel’in liderliğindeki İsviçre ekibi, 1cm2’lik bir perovskit güneş pili için kendi rekorlarını kırdılar ve üretim sürecinde iyileştirmeler yaparak% 19,6’lık sertifikalı bir verimlilik elde etti.
Ancak, perovskite teknolojisi istikrar sorunları nedeniyle hala sıkıntı çekiyor, doğrulanmış çok az etkinlik ölçüleri var, çünkü hücrelerin birçoğu hava veya güneş ışığına maruz kaldıklarında çok hızlı bozuluyor. Robert Palgrave ve ekibinin University College London, İngiltere’deki yeni çalışmaları, bu sorundan kaçınılması gereken güneş malzemeleri oluşturmak için yeni perovskitler bulmaya çalıştı. Grup, keşfedilmemiş perovskitlerin istikrarı hakkında tahminlerde bulunmak için kullanılan hesaplamalardan bazılarının hatalı olduğunu ve sentezler daha da aşağı doğru denendiğinde sadece hayal kırıklığı yaratacak sonuçlara neden olabileceğini gösterdi. Bununla birlikte, diğer gruplar etkilenmemekte ve yeni güneş malzemeleri için çalışmaya devam etmektedir.
Diğer güneş pili teknolojileri söz konusu olduğunda, araştırmacılar iyileştirme çalışmalarına devam ettiler. Qunwei Tang ve Çin Ocean Üniversitesi’ndeki meslektaşları, hem güneş ışığı hem de yağış kullanarak elektrik üretebilen ‘tüm hava şartlarında’ kullanılan güneş pilleri geliştirdiler. Çalışma İngiltere gibi yağışlı ülkeler için cazip görünüyor. Boya hassaslaştırılmış güneş enerjisi hücresi (DSSC), tuz üreten yağmur damlalarında iyon şarjını kullanarak akım üretir. Aynı grup, güneş açısına bakılmaksızın kararlı elektrik çıkışı üreten silindirik bir DSSC de yaptı.
Ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsünden Vladimir Bulovic, Annie Wang ve Joel Jean en hafif şimdiye kadar bulunan güneş pilini ortaya çıkardı. Çok ince, sabun kabarcıklarının yüzeyinde oturabiliyorlar. 1.3 μm kalınlığında ve sadece 3.6 g / m2 ağırlığındaki hücre, her tabakayı ayrı ayrı yapmak ve daha sonra bunları birleştirmek yerine koruyucu bir katman ve organik ışık emici bileşenleri tek bir işlemle üretmek üzere buhar biriktirme yöntemi kullanılarak üretildi. Grup benzer bir yaklaşımın diğer malzemelerle kullanılabileceğini (belki de zorlu perovskitler ile bile ) düşünüyor.
Kaynak : Chemistryworld ( Tüm haber Kimyahaberleri ekibince ÖZENLE hazırlanmıştır)
