Phospho, nguyên tố thường được tìm thấy trong đá và xương, là một thành phần quan trọng trong phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc tẩy, và những hóa chất khác trong công nghiệp và gia dụng. Do phospho được khai thác từ đá, việc đưa phospho vào những hóa chất trên thường độc hại và tốn kém. Nhiều thập niên qua, các nhà khoa học đã cố gắng xây dựng một quy trình tổng hợp hiệu quả hơn.
Tại học viện MIT, giáo sư hóa học Christopher Cummins và học trò của ông, Daniel Tofan, đã phát triển một phương pháp mới để gắn phospho lên các hợp chất hữu cơ bằng cách cắt đứt đầu tiên các liên kết nội phân tử trong phospho bằng tia UV. Được đăng trên tạp chí Angewandte Chemie ngày 26 tháng 8 vừa qua, phương pháp mới này đã loại bỏ hoàn toàn sự cần thiết của chlor, hợp chất thường cần thiết trong các phản ứng tổng hợp sản phẩm có phospho, đồng thời là tác nhân gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
Guy Bertrand, giáo sư hóa học thuộc đại học California và Riverside, cho rằng thành công qung trọng nhất của khám phá này nằm ở tính đơn giản của nó, khi mà từ trước đến nay, chưa từng có một cá nhân nào nghĩ đến cách thức đơn giản như thế để gắn kết phospho vào các hợp chất hữu cơ, trong khi phương pháp cũ, dựa trên cơ sở phospho chlor gây ra rất nhiều vấn đề về môi trường.
Tách phospho
Hầu hết những khoáng thạch phospho tự nhiên đến từ xương hóa thạch của động vật dưới đáy biển. Những khoáng thạch phospho này còn tồn tại trong các đá phospho cùng với các tạp chất khác như calcium và các kim loại khác.
Quá trình chiết từ đá phospho sẽ cho ra phospho trắng, phân tử chứa 4 nguyên tử phospho (P4). Phân tử phospho trắng có cấu trúc tứ diện, trong đó mỗi nguyên tử ở góc sẽ nối với 3 nguyên tử phospho khác. Phospho trắng là dạng bền nhất trong các dạng phân tử của phospho (phospho đỏ và phospho đen).
Đối với phần lớn các ứng dụng trong công nghiệp, một nguyên tử phospho sẽ phải được tách ra từ phân tử P4. Quá trình này thường được thực hiện trong 2 bước. Đầu tiên, 3 nguyên tử trong P4 sẽ được thay thế bằng chlor, hình thành PCl3. Sau đó, những nguyên tử chlor này sẽ bị thay thế bằng các phân tử hữu cơ, tạo ra vô số các hợp chất hữu cơ phospho, ví dụ như các hóa chất trong thuốc trừ sâu. Tuy nhiên, quá trình này rất hao phí và nguy hiểm (khí chlor từng được sử dụng như một vũ khí hóa học trong chiến tranh thế giới thứ nhất). Vi vậy, các nhà khoa học luôn cố gắng tìm kiếm những con đường mới để gắn kết phospho lên các hợp chất hữu cơ mà không sử dụng chlor.
Phản ứng tổng hợp mới
Cummins từ lâu đã có hứng thú với phospho, nguyên tố cùng phân nhóm với nitrogen trong bảng phân loại tuần hoàn, với dạng bền nhất là N2. Do đó, các nhà khoa học đã hy vọng phospho có thể tạo thành một cấu trúc P2 bền.
Vài năm gần đây, nhóm nghiên cứu của Cummins đã tìm kiếm một cách thức bẻ gãy phân tử P4 thành P2 với hy vọng sẽ gắn được thành công các phân tử phospho nhỏ hơn vào hợp chất hữu cơ. Trong nghiên cứu mới này, Cummins đã lấy ý tưởng từ một bài báo xuất bản từ năm 1937, trong đó chứng minh P4 có thể bị bẻ gãy thành 2 phân tử P2 với bức xạ UV, sau đó P2 sẽ polymer hóa, tạo thành phospho đỏ.
Từ đó, ông quyết định xem xét chuyện gì xảy ra nếu cắt đứt P4 dưới bức xạ UV trong sự hiện diện của các phân tử hữu cơ có một liên kết carbon – carbon bất bão hòa. Sau 12 giờ chiếu xạ UV, ông nhận thấy một loại hợp chất, gọi là tetra – organo diphosphane được hình thành, bao gồm 2 nguyên tử phosphor gắn với 2 phân tử hữu cơ. Điều này dường như cho thấy P2 đã được hình thành và ngay lập tức gắn với phân tử hữu cơ. Trong những nghiên cứu trong tương lai, Cummins hy vọng có thể quan sát trực tiếp phân tử P2, nếu như nó thật sự tồn tại.
Đồng thời, Cummins cũng bắt đầu nghiên cứu tổng hợp các hợp chất hữu cơ phosphor với bức xạ UV, bao gồm cả các hợp chất cơ kim. Ông cũng đã thành công trong việc điều chế phân tử hữu cơ phosphor chứa nikel, chất có nhiều ứng dụng trong điện tử.
Tiến Khoa - cyberchemvn.com Nguồn : sciencedaily