جذب کربن دی اکسید با ایجاد کاربامات انیدرید در حلال بی نیاز از آب و خود تجمع یابنده چهاروجهی

---

تاریخ انتشار روی سایت: 23 فروردین ماه 1403

تاریخ انتشار بر روی ژورنال: 20 فروردین ماه 1403

نویسندگان: Julien Leclaire, David J. Heldebrant,3 , Katarzyna Grubel2, Jean Septavaux, Marc Hennebelle, Eric Walter, Ying Chen, Jose Leobardo Bañuelos, Difan Zhang, Manh-Thuong Nguyen2, Debmalya Ray, Sarah I. Allec, Deepika Malhotra, Wontae Joo & Jaelynne King

DOI: 10.1038/s41557-024-01495-z

نگارشگر خلاصه نامه: سید امیرحسین میرصدری

در اين شكي نيست كه بايد راهي براي كنترل گازهاي گلخانه اي داشته باشيم. يكي از اين گازها، گاز كربن دي اكسيد است كه عموما حاصل از سوختن هيدروكربنهاست. در حال حاضر يكي از بهترين روشها جذب و تبديل اين گاز توسط جاذبهاي حالت مايع است كه در نهايت ميتواند به ما متانول، اتانول و يا متان بدهد. در این بين بسياري از محلولهاي آمين دار آبي و آبدار كه كمي گران و نيازمند انرژي بالاتري براي جذب هستند، میتوانیم از محلولها و جاذب های آلی در محیطهای غیر آبی استفاده کرد که هم مقدار جذب بالایی دارند و هم ارزانتر و دارای انرژی جذب پایینی هستند. اگر در جریان گردش خون بنگریم، اکسیژن به راحتی توسط هموگلوبین داخل خون جابجا میشود ولی کربن دی اکسید نمیتواند جابجا شود و بصورت محلولهای آبی و مولکولهای کربناتی (بیکربنات، نرمال کربوکسی بیوتین، کربوکسی فسفات و کارباموییل فسفات) در می آید. یکی از این قبیل ها حلال ها و جاذب های آلی را میتوان نرمال 2-اتوکسی اتیل-3-مورفولینوپروپان-1-آمین (به اختصار EEMPA) دانست که قابلیت خوبی برای جذب کربن دی اکسید توسط ایجاد حد واسط بدون پروتون کاربامیک اسید دارد. در واقع این مولکول میتواند در محلول به شکل های پلیمری و یا اولیگُمری تبدیل شود. به این معنا که حد واسطهای ایجاد شده پس از واکنش بخش آمینی با کربن دی اکسید، هرچه میزان گونه کربن دی اکسیدی افزایش میابد میتواند ساختارهای درون مولکولی اولیگمری مایسل شکل تشکیل دهد.

این ساختارها بوسیله اتم الکترونگاتیو قطبی و هیدروژن کناری خود بوسیله پیوندهای هیدروژنی و واندروالسی در کنار هم قرار میگیرند (در حالت ظرفیت کامل، 4 مولکول کنار هم میتوانند 4 مولکول کربن دی اکسید را حفظ کنند دقیقا مثل هموگلوبن در خون انسان). مطالعات رزونانس مغناطیسی هسته و مدل سازی DFT بوسیله داده های ترمودینامیکی و انرژی فعالسازی ثابت میکند که شروع جذب این ترکیبات در مقادیر بسیار پایین و در فشارهای پایین بسیار جذب خوب و تشکیل مولکول کامل بهتری دارد. از این منظر دما زیر 313 کلوین و فشار زیر 15 بار به عنوان بهترین شرایط واکنش انتخاب شدند، اما بر طبق داده های بدست آمده این اولیگمرها به صورت برون مولکولی تشکیل نمیشوند بلکه بصورت درون مولکولی و بوسیله ایجاد حدواسط ها تشکیل میشوند. به این صورت که مولکول پایه ای آمینی بعد از جذب کربن دی اکسید تبدیل به حد واسط کاربامات و سپس به کاربامیک اسید پروتوندار تبدیل میشوند. در لود شدن اولیه، ابتداد مولکول در مقادیر بسیار کم کربن دی اکسید خوب عمل میکند تا به مقدار ظرفیت نصف برسد. سپس ظرفیتهای بالاتر از پر شدن تمام گونه ها ظرفیت نصف ایجاد میشوند.

به این معنی که ابتدا تمام مولکول ها به ظرفیت نصف رسیده سپس این ظرفیت نصف به پر تبدیل میشوند. در این بین آزمایشات رزونانس مغناطیسی هسته مشخص کرد که این ترکیبات حین تکمیل و پر شدن از شکلی به شکل دیگر تغییر میکنند. ابتدا بصورت صفحه ای هستند و در ظرفیت نصف تبدیل به تتراهدرا هرمی شکل، در 75 درصد ظرفیت به شکل تقریبی مکعبی و در ظرفیت کامل به شکل تقریبی اوکتاهدرا هشت وجهی میشوند که ساختارهای اتری روبه گوشه های هشت وجهی دارند. همچنین مشخص شد مسیر تشکیل کاربامیک اسید میتواند از طریق آمین های نوع دو دارای دو سر دُم تشکیل شود. ترکیبات انیدرید نشان میدهد میتوانیم در آزمایشات بعدی از ترکیبات فسفات دار برای جذب کربن دی اکسید استفاده کنیم. از این منظر که این ترکیبات بیومولکولی در بدن نقش های بسیاری ایفا میکند، پس در گام بعد میتوانیم از ترکیب آدنوزین تری فسفات و یا ATP برای این مهم آزمایش کنیم.