Kalciumacetylid upptäcktes för mer än 150 år sedan. Det är en gulvit, beige, eller grå fast, en förening av kalcium och kol. Kalciumacetylid används för närvarande för att producera gasformig acetylen. Inom industrin, det används i stor utsträckning vid framställning av ättiksyra och etylalkohol; den kan användas vid tillverkning av plast, sudd, och raketmotorer också.

Kolet som behövs för syntesen av kalciumacetylid bryts på ett ohållbart sätt. Som ett resultat, den fossila resursen är uttömd (den ohållbara strategin) och, vidare, mängden kol ökar över jordens yta. "Vi arbetar med en strategi för den koldioxidneutrala produktionscykeln. för att få kalciumacetylid, du kan använda kol som erhålls genom termisk sönderdelning (pyrolys) av avfall, och det resulterande ämnet kan användas inom industrin för att skapa nya föreningar, sade Konstantin Rodygin, en forskarassistent vid Laboratory of Cluster Catalysis, St Petersburgs universitet.

"Nu för tiden, en viktig utmaning för mänskligheten är att skapa en ny generation av industriella processer som gör det möjligt att erhålla de viktigaste organiska föreningarna och materialen inom det kolneutrala angreppssättet. Av yttersta vikt är att ersätta fossila resurser med förnybara, på så sätt lösa miljöproblem. Som visas i våra verk, organisk syntes baserad på kalciumacetylid öppnar nya möjligheter för att implementera kolneutrala teknologier. Dessutom, att förstå de kemiska processerna för omvandling av karbidarter i kemiska processer i lösning är av nyckelvikt, "sade Valentin Ananikov, medlem av Ryska vetenskapsakademin och chef för laboratorierna för klusterkatalys och metallkomplexa och nanoskaliga katalysatorer vid Zelinsky-institutet.

Kemisterna kunde föreslå en ny strategi för att använda ämnet genom att simulera de processer som sker på nivån av atomer och molekyler under interaktionen av kalciumacetylid, vatten, och ett dimetylsulfoxidlösningsmedel. Kalciumacetylid är ett salt som innehåller negativt laddade sura rester av acetylen (de så kallade acetylidanjonerna med en laddning på -2) och positivt laddade kalciumjoner. Forskarna undersökte surheten hos acetylidanjoner, vatten, och några andra ämnen i ett dimetylsulfoxidlösningsmedel. I det lösningsmedlet, ett ovanligt fenomen kan observeras; interaktionen av acetylidanjoner med vatten, hydrolys, fortsätter ofullständigt. De så bildade anjonerna, har en laddning på '-1, kan genomgå ett brett spektrum av viktiga organiska kemiska reaktioner.

"Efter att ha utfört analysen, vi insåg att istället för vatten, man kan använda andra protonerande ämnen för att överföra acetylid till lösning. Också, man kan potentiellt använda ett mindre giftigt och mer "grönt" lösningsmedel istället för dimetylsulfoxid för att utföra reaktioner som involverar kalciumacetylid, om lösningsmedlet uppfyller några nyupptäckta kriterier. Således, kemisk syntes av nya ämnen med kalciumacetylid kan bli "grönare" på grund av kalciumacetylids potential att reagera i mindre giftiga lösningsmedel, såväl som på grund av mer hållbara metoder för syntesen av själva karbiden", sa Mikhail Polynski, medförfattare till artikeln, biträdande lärare vid Institute of Chemistry vid St Petersburg University.

Anmärkningsvärd, en av medförfattarna till den nya artikeln är Mariia Sapova, en examen från St Petersburg University, som började arbeta med projektet under sina masterstudier. "Det utmanande projektet lockade mig från början, eftersom tanken på att kombinera olika beräkningsmetoder öppnar stora möjligheter för simulering av komplexa processer, Till exempel, i vårat fall, upplösningsprocessen. Detta arbete gav mig en bredare förståelse av vetenskap i allmänhet och, dessutom, uppmuntrade mig att gå utanför min komfortzon, modellera kristaller, och att utmana gränserna för tillämpbarhet av olika metoder inom beräkningskemi. Jag tycker att metodologiskt komplexa modelleringsmetoder som de föreslagna i artikeln bör utvecklas ytterligare, så att vi kan utföra verkligt realistisk modellering av kemiska processer, " noterade Mariia Sapova.

Som Mikhail Polynski specificerade, den nyligen presenterade forskningen är rent teoretisk; det är en datorsimulering av processen att erhålla acetylider från kalciumacetylid. "Vi använde de så kallade kvantkemiska metoderna, Born-Oppenheimer molekylär dynamik. Som ett resultat av en sådan simulering, det är möjligt att göra en kort molekylär film som visar hur rörelsen av atomer och molekyler ser ut på mycket kort, pikosekund, tidsskala, avslutade Mikhail Polynski.