Znanstvenici Instituta Ruđer Bošković (IRB) prvi su pokazali da se važna fotokemijska reakcija može učinkovito provesti u kugličnom mlinu, zatvorenoj posudi u kojoj se praškaste tvari stalno miješaju i usitnjavaju udarcima kuglice, poručili su s Instituta Ruđer Bošković te su dodatno objasnili kako je riječ o postupku koji se odvija bez prekida, bez upotrebe otapala i uz vrlo malu količinu pomoćne tvari koja "pomaže" da se molekule spoje. Rezultat znanstvenika, ističu s IRB-a, upućuje na praktičan put prema procesima koji troše manje resursa i stvaraju manje otpada, a istodobno su lakši za automatizaciju i ponavljanje, što je ključno kada se laboratorijski postupak želi pretvoriti u pouzdan proces, u znanosti i industriji, primjerice u razvoju novih materijala, a dugoročno i za primjene u drugim područjima, uključujući farmaceutiku.
– Prvi put smo proveli fotokemijsku dimerizaciju (spajanje dviju istih molekula u jednu veću), u kugličnom mlinu, a praćenjem reakcije u stvarnom vremenu uočili smo zanimljive učinke koji, unatoč velikom broju dosadašnjih radova na ovu temu, u ovom sustavu ranije nisu bili zabilježeni. Upravo nam je naša metoda omogućila da te pojave detaljno proučimo i objasnimo. Usto, postupak je gotovo deset puta brži od prije objavljenih pristupa te se odvija bez uporabe otapala, doslovno "samo" mljevenjem dviju krutih tvari, pri čemu se jedna koristi u katalitičkoj količini. Zbog toga proces potpuno ispunjava načela zelene kemije – objašnjava dr. sc. Marina Juribašić Kulcsár, dopisna autorica na radu, koji je objavljen u uglednom međunarodnom časopisu Chemical Communications, a koji izdaje Royal Society of Chemistry.
"Pametno slaganje" molekula
– U mnogim kemijskim postupcima koriste se velike količine otapala i dodataka koje na kraju treba zbrinuti. Ovdje je pristup drukčiji: reakcija se odvija u krutoj smjesi, u kugličnom mlinu, gdje se prah kontinuirano miješa i usitnjava, dok ga istodobno osvjetljavaju LED izvori. Takvo mehaničko miješanje uz primjenu svjetla stalno izlaže nove površine materijala, što pomaže da reakcija teče brže i ravnomjernije. U krutoj smjesi molekule se ne kreću slobodno kao u tekućini, pa se moraju "naći" vrlo blizu i u dobrom položaju da bi se spojile. U tome pomaže rezorcinol, mala organska molekula koja u smjesi djeluje kao svojevrsni "organizator", privremeno usmjeravajući molekule u položaj povoljan za spajanje pod svjetlom – objašnjavaju s IRB-a te dodaju kako se ova reakcija proučava već desetljećima, a u praksi se često provodila na način koji je teško standardizirati.
– Smjese su se miješale ručno, u tarioniku ili jednostavnijim uređajima, a postupak je znao trajati od nekoliko sati do nekoliko dana. Ručno miješanje posebno je problematično jer rezultat ovisi o osobi koja radi, a istodobno miješanje i osvjetljavanje nije lako izvesti bez prekida. Dodatni izazov bio je nadzor. Da bi provjerili tijek procesa, istraživači su morali zaustaviti postupak, uzeti uzorak i analizirati ga, što je unosilo pauze i smanjivalo ponovljivost. U novom pristupu mlin radi kontinuirano, a uzorak se osvjetljava bez prekida. Posebna prednost je što su autori tijek reakcije pratili analitičkom metodom, Ramanovom spektroskopijom, u stvarnom vremenu, bez zaustavljanja mlina. Time su dobili jasniji uvid u to što se u smjesi događa tijekom cijelog procesa, a ne tek na kraju – dodaje se u priopćenju. Također, treba naglasiti kako je tim sustavno usporedio različite količine rezorcinola i pokazao da "više" ne znači nužno "brže".
Superračunalo
– Računalne simulacije i mjerenja upućuju na to da rezorcinol najradije stvara stabilan par s početnom molekulom, a nakon nastanka produkta može se ponovno vezati s preostalom početnom tvari, što omogućuje ciklus u kojem se rezorcinol tijekom procesa praktički 'reciklira' – objašnjava dr. sc. Mario Pajić, prvi autor na radu. Računalne simulacije koje su pomogle objasniti rezultate provedene su pak na superračunalu Supek u Sveučilišnom računskom centru (SRCE) u Zagrebu. – U ovom smo istraživanju koristili novi sustav za fotokemijske reakcije koji smo razvili i izradili 'in-house' na IRB-u prije godinu dana. Ovaj novi sustav je vrijedan rezultat suradnje ljudi različitih struka koji rade na IRB-u – zaključuje dr. sc. Marina Juribašić Kulcsár.