מחקר פורץ דרך במכון מקס פלנק שינה את הבטיחות הכימית על ידי פיתוח פרוטוקול סינתזה חדש המשלב צעדים למניעת הצטברות כימית מסוכנת, ובכך הפחית את סיכוני הפיצוץ ועלויות הייצור. קרדיט: twoday.co.il.com
התעשייה הכימית משתמשת בתגובה עם כימיקלים נפיצים כבר למעלה מ-100 שנה – כעת גילו מדענים של מולהיים חלופה בטוחה יותר.
פיצוצים והרעלה. פציעות חמורות ואפילו מוות. בהיסטוריה של התעשייה הכימית, היו תאונות חוזרות ונשנות, לעיתים קטלניות, הנגרמות לרוב על ידי כימיקלים מסוכנים ונפיצים הנדרשים לתגובות מסוימות.
מלחי Aryldiazonium, שנמצאים בשימוש במשך 140 שנה, הם כימיקלים כאלה. הם מאוד תגובתיים ולכן שימושיים ביותר לייצור תרכובות אחרות – צבעים, למשל. עם זאת, התגובתיות הגבוהה גורמת לכך שמלחי ארילדאזוניום מבודדים אינם יציבים במיוחד ולכן יכולים להגיב ללא כוונה ולעיתים באופן נפיץ. ב-23 בדצמבר, 1969, אירע פיצוץ חמור במיוחד שכלל כימיקלים אלה ב-Ciba AG בבאזל. בניין נהרס וחתיכות כבדות מהכור עפו באוויר. שלושה עובדים איבדו את חייהם ו-31 נפצעו קשה. למרות דיווחים נוראיים כאלה, העבודה נמשכת עם מלחי aryldiazonium.
חידושים בבטיחות כימית
צוות בראשות פרופ' ד"ר טוביאס ריטר, מנהל במכון מקס פלנק לקוהלנפורשונג, הצליח כעת להפוך את הכימיה המסוכנת עם מלחי aryldiazonium לבטוחה משמעותית. פרוטוקול מולהיים לא רק הופך את השימוש בתרכובות אלו לפחות מסוכן, אלא גם פותח הזדמנויות לפיתוח תגובות חדשות.
"בדרך כלל, השימוש במלחי דיאזוניום מתבצע בשני שלבים: קודם כל מבודדים או צוברים את מלח הדיזוניום, שהוא מסוכן, ואז ממירים אותו למוצר הרצוי בשלב שני. בפרויקט שלנו אנו משלבים את שני שלבי הסינתזה והולכים למוצר הרצוי מבלי לצבור את מלח הדיזוניום, מה שמפחית משמעותית את הסיכון לפיצוץ", מסביר טים שולטה, דוקטורנט מקבוצתו של טוביאס ריטר.
חוויאר מטאוס (משמאל), טים שולטה וטוביאס ריטר דנים בפרויקט שלהם במעבדה. קרדיט: Gombert/MPI KOFO
שיטות סינתזה חדשות והשלכותיהן
באופן מסורתי, מלחי aryldiazonium מסונתזים מאנילינים עם חנקן חוּמצָה, או עם תרכובות ניטריט, תגובה שחוותה מעט חדשנות לאורך השנים. התגובה חייבת להתבצע בטמפרטורות נמוכות (מתחת ל-5 מעלות צלזיוס) מכיוון שמלחי הארילדאזוניום אינם יציבים בטמפרטורות גבוהות יותר. עם זאת, חוויאר מטאוס, חוקר פוסט-דוקטורט בקבוצה, וטים שולטה גילו שיטה חדשה המאפשרת נוכחות של נוקלאופילים שונים בתערובת התגובה.
האסטרטגיה החדשה מבוססת על שימוש בתהליך טבעי, הפחתת חנקה, המתבצע בצמחים. החוקרים הצליחו לחקות את התהליך הטבעי במבחנה ולשלב אותו עם כימיה של aryl diazonium כדי לפתח שיטת סינתזה בטוחה יותר. כך ניתן להימנע מהמגבלות הנ"ל הקשורות לשיטות מסורתיות כגון רגישות לטמפרטורה והצורך בחומצות חזקות.
מכיוון שהחוקרים משלבים מספר שלבים בפרוטוקול החדש שלהם, מלכתחילה לא נוצרים ריכוזים גדולים של החומר המסוכן. וזה לא כל מה שגילו המדענים ממולהיים: "לשיטת הסינתזה שלנו, אנו משתמשים בכימיקלים המשמשים בכמויות גדולות בתעשיית הדשנים והדלק ולכן הם זולים", אומר טים שולטה. זה יכול להפוך את מסלול הסינתזה למעניין ביותר עבור חברות בתעשייה הכימית שכן המשמעות היא עלויות ייצור נמוכות יותר.
"את הפתרון לבעיה ניתן היה למצוא למעשה לפני 100 שנה, אבל התגובה כפי שהתגלתה כעת כנראה לא הייתה מתוכננת באותו אופן", אומר טוביאס ריטר. "השילוב של כימיקלים שבסופו של דבר מביא לתוצאות טובות התגלה במקרה בזמן שעבדנו על פרויקט אחר", מגלה חוויאר מטאוס. למרות שהריאגנטים המשמשים ידועים כבר זמן רב, הפוטנציאל שלהם לכימיה של דיאזוניום פשוט התעלם עד כה.
השיטה החדשה מרגשת גם מבחינה מדעית מכיוון שכעת ניתן לנקוט בגישות כימיות חדשות, שלא יתאפשרו בקלות בשיטה הקלאסית בשל הסיכון הגבוה להתפוצצות וחוסר יציבות של החיבורים.
