כימיה מסורתית היאכָּךאֶשׁתָקַד. ברוכים הבאים לעולם המכנוכימיה, שבו תגובות שנחשבו בלתי אפשריות - אכן, זההםבלתי אפשרי כאשר מנסים בדרכים קונבנציונליות יותר - הופכים אפשריים, ושם נפתחות אפיקים חדשים לגמרי של חקר.
גם אם הפעם האחרונה שנכנסת למעבדה לכימיה הייתה כבר בתיכון, רוב הסיכויים שתזכרו שביליתם זמן רב בערבוב של נוזלים שונים יחד - אולי על מבער בונסן אמין - חיכיתי בקוצר רוח ללקרות, כמו הצבעים משתנים או הופעת משקעים אבקתיים.
רַבִּיםבאופן מסורתי קראו לממס, ובחירה במתאים למטרות שלכם היא חלק חיוני בתהליך - אבל יש דרכים לגרום לשני חומרים לקיים אינטראקציה מבלי להמיס אותם תחילה. האחת היא על ידי הכנסת כוחות מכניים לתערובת, המכונה מכנוכימיה.
"כימיה אקזוטית"
"למרות שהוצגה על ידי WH Ostwald בסוף המאה ה-19, מכנוכימיה נחשבה לעתים קרובות ככימיה אקזוטית", כותבים מחבריסקירה של 2022בנושא. "זה מתחיל להשתנות."
בדרך כלל, האנרגיה הדרושה לדלק תגובה כימית מגיעה מתוספת של אור, חום ו/או חשמל. "ניתן ליישם כמעט כל מיני אנרגיה לתחילת תגובות כימיות או לחימום תערובות תגובה", מסבירנייר 2011. במקום כל אחד מאלה, לעומת זאת,מכנוכימיהמסתמך על כוחות מכניים - למשל טחינה פיזית של שני חומרים מוצקים יחד עם מכתש ועלי.
היתרונות של גישה זו כוללים שהיא פועלת עבור מוצקים שאינם מסיסים בפועל, או במקרים בהם השימוש בממס יפריע לתגובה (או יכול להיותלנסיין האנושי).
בנוסף למכתש ועלי - ישן אבל עדיין טוב - יש כמה כלים קצת יותר מודרניים זמינים עבור המכנוכימאי הנבון של היום. טחנת כדורים היא אופציה נפוצה, מטחנות גדולות מלאות בכדורים קשים המטפחות חומרים נבחרים לחלקיקים זעירים. אלה נכנסיםסוגים שונים ומגוונים- עם חומרי כרסום שונים, תדרי סיבוב וכו' - כך שתוכל להתאים אותם לניסוי הספציפי שלך. שימוש במכונה במקום להסתמך על יכולת הטחינה של אדם פירושו שאתה מקבל תוצאה עקבית יותר.
הכל נשמע די פשוט - רסק שני דברים יחד עם מספיק כוח ועלולה להתרחש תגובה כימית - אבל המציאות היא שיש הרבה דברים מורכביםמתרחש מתחת לפני השטח, חלק גדול ממנו לא מובן עד הסוף.
"הבנת טרנספורמציות מכנוכימיות היא משימה בעייתית בדיוק בגלל ההבדלים העמוקים בין כימיה של פתרונות קונבנציונליים לכימיה המופעלת על ידי כוחות מכניים", נכתב בסקירה משנת 2022.
מחקר ב2019ביקשו לנסות וללמוד יותר על מה שקורה בפועל לחלקיקים כאשר חומרים עוברים תגובה מכנוכימית. הצוות הבינלאומי השתמש במודלים ממוחשבים כדי לדמות התגבשות משותפת של אספירין ותרופה אחרת לשיכוך כאבים, meloxicam, וחשפה את מה שהם תיארו כ"תובנות חדשות בולטות". למרות ששתי התרופות שולבו בצורות הגבישיות המוצקות שלהן, ללא תוספת ממס, נדרשה רק אנרגיה מינימלית כדי לגרום להן להתחיל להתערבב.
"מה שהדהים אותי היה שהגבישים מתנהגים כמו שפכטל - הם כמעט נראים כמו פלסטלינה והם אמורפיים במגעים האלה. כאשר אתה מפרק אותם, יש צוואר מחבר של מולקולות בין שני הגבישים", אמר הסופר המתכתב פרופסור סטיוארט ג'יימס.עולם הכימיה.
"אני רואה בזה קרוב לתחילתו של תחום מחקר חדש", הוא הוסיף, ונראה שהאיגוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC) הסכים, וציין שחול תגובתי (AKA מכנוכימיה) כאחד מ-10 החידושים הכימיים שתחזית. לשנות את העולם כחלק ממנוחגיגות המאה.
עתיד ירוק יותר
אחד המניעים מאחורי העניין המוגבר במכנוכימיה הוא שניתן להשתמש בה כדי להפוך תהליכי סינתזה קיימים לבטוחים יותר וברי קיימא יותר.
ממיסים מהווים לרוב את הרוב המכריע של תערובת תגובה. למרבה הצער, לרוב הממיסים התעשייתיים שאנו משתמשים בהם איןאישורים ירוקים פנטסטיים.
תוסיפו לכך את העובדה שרבים מהם מסוכנים לבריאות האדם, ומביאים איתם לוגיסטיקה מסובכת סביב אחסון ושינוע, ותוכלו להבין במהירות מדוע היכולת לחסל את הממיסים תהיה אטרקטיבית.
תגובות מכנוכימיות עשויות גם להתקדם מהר יותר מאשר תגובות קונבנציונליות, ולהגביר את היעילות.
כל זאת כדי לומר, מכנוכימיה כשלעצמה אינה פתרון פשוט לכל הבעיות שלנו, אבל היא בהחלט יכולה להיות חלק חשוב בהפיכת הכימיה ל"ירוקה יותר".
הופכים את הבלתי אפשרי לאפשרי
ההיבט השני של המכנוכימיה שיצר באז אמיתי הוא הפוטנציאל שלה לפתוח דרכים חדשות לחלוטין לסנתז חומרים.
"בשנות ה-90 [...] מחקרים הראו שתגובות מקודמות מכנוכימיות מתרחשות לאורך מסלולים סינתטיים שונים מאלה שתוארו בתמיסה", מסבירה הסקירה משנת 2022.
המחברים מזהירים שרק שימוש במכונוכימיה כדי לשפר תגובות כימיות ותהליכים שאנחנו כבר מכירים תהיה "הערכת חסר בלתי מובנת וטעות שעלולה להיות מסוכנת".
"בקיצור", הם מוסיפים, "מכאנוכימיה היא הזדמנות מאתגרת לחקור טריטוריות לא ידועות עד כה של מרחב כימי."
אחת מכמה דוגמאות כוללת סוג של מולקולות שהוכרו בפוטנציאל שלהן במוצרים פרמצבטיים ובקוטלי עשבים:נ-סולפונילגואנידינים. סינתזה של תרכובות אלה קשה מאוד באמצעות גישה מסורתית מבוססת ממס, אך לחוקרים ישנצפהשהוספת אנרגיה מכנית לתערובת יכולה להתגבר על בעיות אלו ולהניב הרבה יותר מהמוצר השימושי.
תומכי המכנוכימיה מאמינים שיכולות להיות תגובות רבות אחרות כאלה שנשלחו לערימה ה"בלתי אפשרית", אך עשויות לזכות לבדיקה נוספת באמצעות טכניקות מכנוכימיות.
ההתאפשר, וזה גם ירוק יותר? ובכן, IUPAC אמר שמכאנוכימיה עשויה לשנות את העולם.
