Calciumacetylide werd meer dan 150 jaar geleden ontdekt. Het is een geelachtig witte, beige, of grijze vaste stof, een verbinding van calcium en koolstof. Calciumacetylide wordt momenteel gebruikt om gasvormig acetyleen te produceren. In industrie, het wordt veel gebruikt bij de productie van azijnzuur en ethylalcohol; het kan worden gebruikt bij de productie van kunststoffen, rubber, en raketmotoren ook.

De koolstof die nodig is voor de synthese van calciumacetylide wordt op een niet-duurzame manier gewonnen. Als resultaat, de fossiele hulpbron is uitgeput (de niet-duurzame benadering) en, verder, de hoeveelheid koolstof neemt boven het aardoppervlak toe. "We werken aan een strategie voor de CO2-neutrale productiecyclus. om calciumacetylide te verkrijgen, u kunt koolstof gebruiken die wordt verkregen via thermische ontleding (pyrolyse) van afval, en de resulterende stof kan in de industrie worden gebruikt om nieuwe verbindingen te maken, " zei Konstantin Rodygin, een onderzoeksmedewerker bij het Laboratorium voor Clusterkatalyse, Universiteit van Sint-Petersburg.

"Vandaag de dag, een belangrijke uitdaging voor de mensheid is om een ​​nieuwe generatie industriële processen te creëren die het mogelijk maken om de belangrijkste organische verbindingen en materialen te verkrijgen binnen de koolstofneutrale benadering. Van het allergrootste belang is de vervanging van fossiele hulpbronnen door hernieuwbare, waardoor milieuproblemen worden opgelost. Zoals blijkt uit onze werken, organische synthese op basis van calciumacetylide biedt nieuwe mogelijkheden voor de implementatie van koolstofneutrale technologieën. Bovendien, het begrijpen van de chemische processen van de transformatie van carbidesoorten in chemische processen in oplossing is van cruciaal belang, " zei Valentin Ananikov, een lid van de Russische Academie van Wetenschappen en het hoofd van de laboratoria van clusterkatalyse en metaalcomplex- en nanoschaalkatalysatoren aan het Zelinsky-instituut.

De chemici konden een nieuwe strategie voor het gebruik van de stof voorstellen door de processen te simuleren die plaatsvinden op het niveau van atomen en moleculen tijdens de interactie van calciumacetylide, water, en een dimethylsulfoxide-oplosmiddel. Calciumacetylide is een zout dat negatief geladen zure resten van acetyleen (de zogenaamde acetylide-anionen met een lading van -2) en positief geladen calciumionen bevat. De onderzoekers onderzochten de zuurgraad van acetylide-anionen, water, en enkele andere stoffen in een dimethylsulfoxide-oplosmiddel. In dat oplosmiddel, een ongewoon fenomeen kan worden waargenomen; de interactie van acetylide-anionen met water, hydrolyse, onvolledig verloopt. De zo gevormde anionen, met een lading van' -1, kan een breed scala aan belangrijke organische chemische reacties ondergaan.

"Na het uitvoeren van de analyse, realiseerden we ons dat in plaats van water, men kan andere protonerende stoffen gebruiken om acetylide in oplossing over te brengen. Ook, men kan mogelijk een minder toxisch en meer 'groen' oplosmiddel gebruiken in plaats van dimethylsulfoxide om reacties uit te voeren met calciumacetylide, als het oplosmiddel voldoet aan een aantal nieuw ontdekte criteria. Dus, chemische synthese van nieuwe stoffen met calciumacetylide kan 'groener' zijn vanwege het vermogen van calciumacetylide om te reageren in minder giftige oplosmiddelen, evenals door duurzamere benaderingen van de synthese van het carbide zelf', aldus Mikhail Polynski, een co-auteur van het artikel, assistent-docent aan het Instituut voor Scheikunde van de Universiteit van St. Petersburg.

Opmerkelijk, een van de co-auteurs van het nieuwe artikel is Mariia Sapova, afgestudeerd aan de Universiteit van Sint-Petersburg, die tijdens haar masterstudie aan het project is begonnen. "Het uitdagende project trok me vanaf het begin aan, aangezien het idee om verschillende rekenmethoden te combineren volop mogelijkheden biedt voor de simulatie van complexe processen, zoals, in ons geval, het ontbindingsproces. Dit werk gaf me een breder begrip van de wetenschap in het algemeen en, Bovendien, moedigde me aan om uit mijn comfortzone te gaan, modellerende kristallen, en om de grenzen van de toepasbaarheid van verschillende methoden in computationele chemie uit te dagen. Ik denk dat methodologisch complexe modelleringsbenaderingen zoals voorgesteld in het artikel verder moeten worden ontwikkeld, zodat we echt realistische modellering van chemische processen kunnen uitvoeren, " merkte Mariia Sapova op.

Zoals Mikhail Polynski aangaf, het nieuw gepresenteerde onderzoek is puur theoretisch; het is een computersimulatie van het proces om acetyliden te verkrijgen uit calciumacetylide. "We gebruikten de zogenaamde kwantumchemische methoden, Born-Oppenheimer moleculaire dynamica. Als resultaat van een dergelijke simulatie, is het mogelijk om een ​​kort moleculair filmpje te maken dat laat zien hoe de beweging van atomen en moleculen er op zeer korte, picoseconde, tijdschalen, " concludeerde Michail Polynski.