奇妙な反応が研究室を騒然とさせる

May 26, 2023

2019年3月29日

マイク・ウィリアムズ著、ライス大学

コーヒーにクリームを混ぜるマドラーは、おそらく飲み物に大きな違いをもたらしません。 しかし、化学実験室では、間違った撹拌機を使用すると科学を歪める可能性があることが判明しました。

ライス大学の科学者らは、テフロンとして知られる PTFE 製の撹拌子が、炭素または窒化ホウ素ナノチューブの特性を操作するために使用される標準的な実験室反応に誤差をもたらす可能性があると判断しました。

スターバーは、PTFE で覆われた強磁性金属のペレット状のロッドで、ビーカーの底に置かれ、回転磁場によって回転します。 これらを使用すると、手動で撹拌することなく、密閉したフラスコ内で溶液を混合できます。

アンヘル・マルティ氏のライス研究室は、ライス名誉化学教授エドワード氏の一部が開発した長年使用されている反応であるビラップス・バーチ還元によってナノチューブを機能化するためにPTFE撹拌子を使用すると何が起こるかを概説した論文をアメリカ化学会誌ACSオメガに発表した。電子を解放して他の原子と結合させるビラップス。

還元は、ナノチューブを機能化、つまりタンパク質などの分子を追加して用途に合わせてカスタマイズするプロセスに適したものにするためによく使用されます。 それは、追加したい分子をたっぷりと含んだ化学薬品浴の中にナノチューブを分散させるのと同じくらい簡単です。 研究者らによると、ビラップス・バーチ法はそのような方法の1つで、ナノチューブをさまざまな分子で官能化するために使用されるワンステッププロセスである。

これを窒化ホウ素のナノチューブの修飾に使用したところ、研究者らはチューブが灰色に変わり、PTFE 撹拌棒が黒くなったことに驚きました。 標準的な熱重量分析は、通常は機能化の証拠を確認するのに十分であり、何も問題は見つかりませんでしたが、研究者らは問題を発見しました。

「それを除けば、一貫した結果を得ることができなかった」とマルティは語った。 「非常に高度な機能化、あるいは見かけ上の機能化が実現されることもあれば、そうでないこともありました。それは本当に奇妙でした。」

彼らは、ビラップス・バーチ反応で使用されたアンモニアベースの溶媒中のリチウムが棒からの白い PTFE と反応し、棒が黒くなったことを発見しました。

「カーボンナノチューブは黒いので、反応中にナノチューブがバーに堆積していたと考えるのは簡単でしょう」とマルティ氏は言う。 「しかし、それは起こりません。ビラップス・バーチ条件では PTFE が反応することがわかりました。

「テフロンは通常、何にも反応しません」と彼は言いました。 「それが、撹拌棒や調理器具に使われている理由です。それが、私たちが研究室で起こっていることを見落としやすい理由でもあります。」

マルティ氏は、ビラップス・バーチでの PTFE の回避については文献を検索しても何も見つからなかったと述べた。

「それも奇妙だった」と彼は言った。 「おそらく他の誰もが知っているでしょうが、念のため、私たちは問題を調査することにしました。それが、私たちが論文を書くことにした理由です。」

研究者らは、テフロンとの予期せぬ反応によってラジカルが生成され、それが反応効率を低下させ、窒化ホウ素やカーボンナノチューブを攻撃する可能性があるのではないかと考えている。 それまでのところ、問題に対する彼らの迅速な解決策はおそらく最も簡単です。

「現在、ガラスコーティングされた撹拌棒を使用しています」とマルティ氏は語った。 「ガラスは完全に不活性です。そのため、再現性と優れた機能性が得られます。」

詳しくは： Carlos A. de los Reyes et al、ビラップス・バーチ還元条件を使用した炭素および窒化ホウ素ナノチューブの共有結合官能基化に対する PTFE 撹拌棒の悪影響、ACS Omega (2019)。 DOI: 10.1021/acsomega.8b03677

雑誌情報:ACSオメガ

ライス大学提供