"Woda nie-woda" "Optymalizacja reakcji kondensacji nitroaldolowej przy zastosowaniu cieczyjonowych" Agnieszka Łapczuk-Krygier Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, Instytut Chemii i Technologii Chemicznej, Zakład Chemii Organicznej, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków e-mail: lapczuk@chemia.pk.edu.pl pMe-CN-NS 1-cyjano-2-(4metylofenylo)-1-nitroeten, Politechnika Krakowska, maj 2014

Opis popularnonaukowy projektu

Zazwyczaj na hasło "ciecz" umysł podsuwa nam wodę - płyn, wydawałoby się, idealny: bez smaku, bez zapachu, bezbarwny a zarazem kluczowy dla przetrwania. Ważny dlatego, że odwodnienie w krótkim czasie grozi śmiercią, ponieważ woda to podstawowy składnik i środowisko każdej żywej komórki. Jednocześnie trzeba przyznać, że woda jest substancją dość kapryśną: cieczą jest w zakresie 100°C, ale wystarczy, że temperatura przekroczy 100°C lub spadnie poniżej 0°C a już nie pozostaje z niej ani kropla. Pomiędzy tymi wartościami też nie zachowuje się całkiem stabilnie, gdyż stale paruje. Wiadomo ponadto, jak bardzo niezdrowa dla organizmu jest woda idealnie czysta - lepsza jest taka, w której występują kationy i aniony, zgodnie z listą na butelce wody mineralnej. Czy zatem nie prościej by było, gdyby woda mineralna składała się z samych jonów? Mija właśnie 100 lat, odkąd otrzymano w laboratorium pierwszą eksperymentalną "wodę mineralną" bez wody i nazwano ją cieczą jonową. Trudno wyobrazić sobie taki twór, gdy sole występują w postaci ciekłej, a nie są roztworami. Nie trzeba ich bowiem rozpuszczać, a wystarczy stopić. Wiele takich cieczy uzyskuje się także nie na drodze topienia soli, ale w wyniku ich laboratoryjnej syntezy. Badania wskazują, że ciecze takie są wolne od wielu wodnych fanaberii: są często stabilne nawet w czterokrotnie większym niż woda zakresie temperatur, w znikomym stopniu parują a przez to ich właściwości są w większym stopniu przewidywalne. Zarazem, podobnie jak woda, są dobrym rozpuszczalnikiem wielu substancji i niemal doskonałym środowiskiem wielu reakcji. Możliwe jest bowiem skonstruowanie cieczy jonowej dokładnie takiej, jaka jest potrzebna - innej dla procesów elektrochemicznych, jak w bateriach, jeszcze innej, dla stworzenia środowiska reakcji chemicznej. W tak zindywidualizowanych, komfortowych warunkach mogą powstawać na przemysłową skalę, szybko i wydajnie, ważne substancje chemiczne. Choć w świecie przyrody ożywionej woda ma pozycję niezagrożoną, to wygląda na to, że poza nią na trwałe zapanuje "mineralna" bez wody, czyli ciecz jonowa.

Streszczenie naukowe

W ostatnich latach popularnym medium reakcyjnym stały się ciecze jonowe. Znajdują zastosowanie dzięki swoim unikalnym właściwościom: szeroki zakres temperatur, w których mogą być stosowane, niewielka reaktywność, mała lotność, możliwość ponownego wykorzystania, łatwa "projektowalność" właściwości przez zmianę struktury związku. Ciecze jonowe są z powodzeniem stosowane jako katalizatory wielu reakcji chemicznych. Nasze badania skupiły się na znalezieniu dogodnego katalizatora reakcji kondensacji nitroaldolowej. Zbadaliśmy reakcje otrzymywania pochodnych nitrostyrenu z nitroalkanu i podstawionego benzaldehydu. Do tej pory jako katalizator reakcji stosowano pierwszorzędową aminę. Otrzymywano wydajności rzędu od 30 do 45% w zależności od podstawnika R. Zastosowanie cieczy jonowych spowodowało wzrost wydajności reakcji nawet do 97%. Umożliwiło to także przeprowadzenie reakcji bez użycia rozpuszczalnika. Zastosowano ciecze jonowe o szkielecie amoniowym i alkiloimidazoliowym. Jako anionu użyto m.in. jonów chlorkowy, p-toluenosulfonowych, wodorosiarczanowych. Większość cieczy jonowych została otrzymana w naszym laboratorium. Zaprezentowane fotografie przedstawiają otrzymane przeze mnie związki oraz używane do reakcji ciecze jonowe. Wiele substancji ma niezwykle ciekawą strukturę. Jednym z celów mojego projektów jest określenie struktury otrzymanych związków za pomocą rentgenograficznej analizy strukturalnej. Do przeprowadzenia tej analizy konieczne jest otrzymanie substancji w postaci monokrystalicznej. Na zdjęciach zaprezentowane związki zarówno przed jak i po krystalizacji.

Komitet Organizacyjny

Sponsorzy

Patronat medialny