När forskare utvecklar de kemiska formlerna för nya produkter som bränslen och mediciner, de måste ofta först skapa molekyler som inte har funnits tidigare.

Ett grundläggande steg mot att skapa nya molekyler är att selektivt bryta och återbilda de kemiska bindningarna som förbinder atomerna som utgör dem. En av de främsta utmaningarna är att bindningen mellan kol- och väteatomer - byggstenarna i många molekyler - är exceptionellt stark, så kemister måste ofta använda sällsynta och dyra kemikalier som iridium för att omvandla det till andra, mer användbara typer av kemiska bindningar. Forskare hänvisar till denna process som att "funktionalisera" bindningarna.

Nu, ett team av UCLA-kemister har utvecklat en ny teknik för att bryta kol-vätebindningar och skapa kol-kolbindningar. Tillvägagångssättet använder katalysatorer gjorda av två rikliga och billiga element, kisel och bor. Deras forskning publicerades i Vetenskap .

Hosea Nelson, en UCLA biträdande professor i kemi och biokemi och senior författare till studien, sade att energiindustrin har varit intresserad av att ta mycket enkla kolvätemolekyler som metan och förvandla dem till nya bränslen.

"Denna nya metod kommer att göra det möjligt för forskare att införliva metan i större molekyler, " han sa.

En annan potentiell tillämpning skulle vara att konvertera metan, en av naturgasens primära komponenter, till något som är tätare och lättare att innehålla efter att det har borrats från jorden. Den nuvarande processen är komplicerad eftersom metan, en lätt gas, tenderar att fly ut i atmosfären.

Nelson samarbetade i studien med UCLA-studenter Brian Shao, Alex Bagdasarian och Stasik Popov.

Forskarna använde sin nya teknik för att skapa en förening som liknar en fenylkatjon, ett kemiskt ämne som har studerats teoretiskt men sällan undersökts i egentliga laboratorieförsök. De använde sedan föreningen för att skära igenom kol-vätebindningar i metan och bensen, vilket gjorde det möjligt för dem att infoga andra atomer och bilda kol-kolbindningar, som är de grundläggande byggstenarna för molekyler som utgör levande organismer, samt bränslen och läkemedel.

Förutom att visa att fenylkatjonliknande föreningar existerar, den nya tekniken gör att komplexa molekyler kan sättas samman i mycket färre reaktionssteg än vad som tidigare varit möjligt, vilket skulle kunna spara tid och pengar för kemi- och läkemedelstillverkare. En annan fördel med metoden är att till skillnad från tidigare tillvägagångssätt, det kan utföras vid temperaturer och gastryck som är lätta att uppnå i ett laboratorium.

Processen kan också användas för att förändra molekylerna i befintliga läkemedel för att göra dem mer effektiva, säkrare eller mindre beroendeframkallande.

Kemisterna har testat sin teknik med mycket små prover av reaktanter - långt mindre än ett gram. Men Nelson är hoppfull om att metoden kan skalas upp för att vara användbar för ett brett spektrum av verkliga kemiska reaktioner.