Nhóm nghiên cứu Trường Đại học Nagoya vừa phát triển chất xúc tác mới có hiệu quả cao trong việc phá vỡ các liên kết hóa học chắc chắn, mở đường cho việc tái chế chất thải nhựa dễ dàng hơn.

Thiết kế khung bipyridine-ruteni (Ru) cho phép kiểm soát lượng H2 hấp thu và sự phân bố của nó đến các amit trơ, cho phép diễn ra quá trình hydro hóa xúc tác cho một loạt các liên kết amit. Các liên kết lactam C = O lẫn C-N có thể phân tách nhờ kích hoạt một chất tiền xúc tác duy nhất. Ảnh:Trường đại học Nagoya

Protein và Kevlar có điểm gì chung? Cả hai đều có các phân tử chuỗi dài kết hợp với nhau bằng các liên kết amit. Những liên kết hóa học mạnh mẽ này cũng phổ biến đối với nhiều phân tử tự nhiên khác như dược phẩm nhân tạo và nhựa. Mặc dù liên kết amit có thể tạo ra sức mạnh to lớn cho nhựa, nhưng khi nói đến việc tái chế chúng sau đó thì các liên kết này rất khó để phá vỡ, do đó thường không đạt được việc thu hồi các sản phẩm hữu ích. Các chất xúc tác được sử dụng rộng rãi trong hóa học để giúp tăng tốc độ phản ứng, nhưng việc phá vỡ các liên kết amit trong nhựa như nylon và các vật liệu khác đòi hỏi điều kiện khắc nghiệt và lượng năng lượng lớn.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Nagoya, dựa trên nghiên cứu của chính nhóm mình trước đó, gần đây đã phát triển một loạt các chất xúc tác ruteni kim loại hữu cơ để phá vỡ các liên kết amit bền nhất trong điều kiện nhẹ.

Takashi Miura, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Các chất xúc tác trước đây của chúng tôi có thể hydro hóa hầu hết các liên kết amit, nhưng các phản ứng cần một thời gian dài ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Chất xúc tác ruteni mới này có thể hydro hóa các chất nền khó khăn trong điều kiện nhẹ hơn rất nhiều".

Hydro hóa là bước cơ bản dẫn đến sự phá vỡ liên kết amit. Chất xúc tác có một nguyên tử ruteni được hỗ trợ trong một khung đỡ hữu cơ. Nguyên tử ruteni này có thể hấp thụ hydro và đưa nó vào liên kết amid để bắt đầu sự phân hủy. Nhóm nghiên cứu đã khảo sát vị trí của hydro trên chất xúc tác trong quá trình phản ứng và thay đổi hình dạng của khung đỡ. Bằng cách đảm bảo rằng phân tử hydro ở vị trí tốt nhất có thể, để tương tác với các liên kết amit, nhóm nghiên cứu đã đạt được hiệu quả hydro hóa hiệu quả hơn rấ tnhiều.

Trưởng nhóm Susumu Saito cho biết: "Những thay đổi của chúng tôi đối với chất xúc tác đã cho phép bẻ gãy có chọn lọc một số liên kết amit phức tạp trong lần đầu tiên. Chất xúc tác này có tiềm năng rất lớn trong việc tạo ra các peptit thiết kế cho dược phẩm và cũng có thể sử dụng để thu hồi các vật liệu từ nhựa thải để giúp thực hiện một chu trình cacbon hóa học do con người tạo ra".

Thanh Vân - Dostdongnai, theo Eurekalert.