Metode baru mengubah metana dalam gas alam menjadi metanol pada suhu kamar
Metode baru mengubah metana dalam gas alam menjadi metanol pada suhu kamar
Metana yang terbakar dalam gas alam berkontribusi pada emisi karbon, tetapi metana yang diubah menjadi metanol cair adalah bahan bakar yang lebih bersih. Kredit: Aditya Prajapati dan Meenesh Singh/UIC
Para peneliti di University of Illinois Chicago telah menemukan cara untuk mengubah metana dalam gas alam menjadi metanol cair pada suhu kamar.
Penemuan ini, yang dilaporkan dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences, berpotensi menyediakan sumber energi yang lebih bersih untuk banyak aktivitas kita sehari-hari.
Saat dibakar, gas alam — bahan bakar yang digunakan untuk menghangatkan rumah, memasak makanan, dan menghasilkan listrik — menghasilkan karbon dioksida, gas rumah kaca yang kuat.
Menurut Administrasi Informasi Energi A.S., A.S. mengonsumsi sekitar 31 triliun kaki kubik gas alam pada tahun 2019, menyumbang sekitar 1,6 gigaton karbon dioksida ke atmosfer.
Cara yang lebih baik untuk menggunakan gas alam adalah mengubahnya menjadi metanol, bahan bakar cair yang membakar lebih bersih dan dapat digunakan untuk menghasilkan bensin dan plastik. Tetapi mengubah metana yang ditemukan dalam gas alam menjadi metanol membutuhkan banyak panas dan tekanan serta menghasilkan karbon dioksida dalam jumlah yang signifikan.
"Para peneliti telah tertarik pada cara untuk mengubah metana menjadi metanol pada suhu kamar untuk menghindari semua panas dan tekanan yang saat ini diperlukan dalam proses industri untuk melakukan konversi ini," kata Meenesh Singh, asisten profesor teknik kimia di UIC College of Engineering dan penulis makalah yang sesuai.
Metanol juga dianggap sebagai "bahan bakar di masa depan", yang menggerakkan "ekonomi metanol" di mana ia menggantikan bahan bakar fosil dalam transportasi, penyimpanan energi, dan sebagai bahan prekursor dominan untuk bahan kimia sintetis dan produk lainnya. Metanol saat ini digunakan dalam teknologi sel bahan bakar yang menggerakkan beberapa bus kota dan kendaraan lain. Potensi emisinya yang lebih rendah dan kepadatan energi volumetrik yang lebih tinggi menjadikannya alternatif yang menarik untuk bahan bakar fosil, kata Singh.
"Selain menjadi bahan bakar dengan pembakaran yang lebih bersih, metana juga dapat disimpan dengan aman di wadah biasa, tidak seperti gas alam, yang harus disimpan di bawah tekanan dan yang jauh lebih mahal," kata Singh.
Panas dan tekanan dalam jumlah tinggi dibutuhkan untuk memutus ikatan hidrokarbon dalam gas metana, langkah pertama dalam memproduksi metanol. Tetapi mahasiswa pascasarjana Singh dan UIC Aditya Prajapati telah mengidentifikasi bahan katalis yang membantu menurunkan energi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan ini sehingga reaksi dapat berlangsung pada suhu kamar.
“Kami berhasil menurunkan suhu proses industri dari lebih 200 derajat Celcius ke suhu ruangan, yaitu sekitar 20 derajat Celcius,” kata Prajapati.
Katalisnya terdiri dari titanium dan tembaga. Katalis, bersama dengan sejumlah kecil listrik, memfasilitasi pemutusan ikatan hidrokarbon metana dan pembentukan metanol. Proses ini menggunakan energi yang jauh lebih sedikit daripada metode tradisional, dan karena tidak memerlukan mesin untuk menghasilkan tekanan dan panas tinggi, proses ini dapat disiapkan dengan cepat dan murah.
"Proses kami tidak perlu terpusat," kata Singh. "Ini dapat diterapkan di ruang sekecil van dan portabel untuk penggunaan gas alam dan pembuatan metanol yang didistribusikan."
Singh dan rekannya telah mengajukan paten sementara untuk proses tersebut dan berharap dapat mengubah beberapa liter metanol sehari. Paten tersebut dikelola melalui UIC Office of Technology Management.
Lembaga Tes Masuk Perguruan Tinggi (LTMPT) mengingatkan siswa yang akan mengikuti Ujian Berbasis Komputer (UTBK) - Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) untuk melakukan registrasi sebelum ditutup pada 12 Maret 2021 pukul 15.00 WIB.
“Bagi siswa lulusan tahun 2019, 2020 dan 2021 yang akan mendaftar UTBK dan SBMPTN wajib memiliki akun LTMPT dan sudah melakukan simpan permanen.
Registrasi akun LTMPT tahap dua ditutup pada 12 Maret 2021 pukul 15.00 WIB,” ujar Ketua Tim Pelaksana Lembaga Tes Masuk Perguruan Tinggi (LTMPT) , Mohammad Nasih, di Jakarta, Rabu.
Hingga Rabu pukul 08.15 WIB, siswa lama yang memiliki akun aktif sebanyak 82.077 siswa dan siswa lama yang melakukan permanen data sebanyak 66.459 atau bertambah 471 siswa dari hari sebelumnya.
Siswa baru yang memiliki akun aktif tahap dua sebanyak 180.595 siswa atau 4.816 siswa. Siswa baru yang melakukan permanen data tahap dua sebanyak 166.561 siswa atau bertambah 4.288 siswa.
Total siswa akun aktif sebanyak 1.555.109 siswa atau bertambah 4.816 siswa. Total siswa akun permanen sebanyak 1.375.154 siswa atau bertambah 4.759 siswa.
Registrasi akun LTMPT pada 7 Februari hingga 12 Maret 2021. Pendaftaran UTBK dan SNMPTN pada 15 Maret hingga 1 April 2021. Pelaksanaan UTBK diselenggarakan dua gelombang yakni gelombang satu pada 12 April hingga 18 April 2021 dan gelombang dua pada 26 April hingga 2 Mei 2021. Pengumuman hasil seleksi jalur SBMPTN pada 14 Juni 2021.
SBMPTN merupakan seleksi masuk Perguruan Tinggi Negeri (PTN) berdasarkan nilai UTBK maupun kriteria lain yang disepakati oleh PTN. Kuota setiap program studi yang disediakan untuk calon mahasiswa baru yang mengikuti SBMPTN ditetapkan paling sedikit 40 persen dari daya tampung program studi yang bersangkutan.
"Adik-adik yang memenuhi syarat diharapkan segera mendaftar dan melakukan finalisasi paling lambat hari Rabu ini ini pukul 15.00 WIB"
Lembaga Tes Masuk Perguruan Tinggi (LTMPT) mengingatkan siswa untuk segera melakukan pendaftaran Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) paling lambat hari Rabu sore, 24/02/2021, pukul 15.00 WIB.
“Adik-adik yang memenuhi syarat diharapkan segera mendaftar dan melakukan finalisasi paling lambat hari Rabu ini ini pukul 15.00 WIB,” kata Ketua Pelaksana Eksekutif LTMPT, Prof Budi Prasetyo Widyobroto saat dihubungi di Jakarta, Rabu.
Sementara siswa yang tidak memnuhi syarat dan tidak akan mendaftar SNMPTN diharapkan untuk tidak khawatir, karena pendaftaran SNMPTN tidak ada hubungannya dengan Ujian Tulis Berbasis Komputer (UTBK) Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN).
Sementara, siswa yang memenuhi syarat mendaftar namun tidak melakukan pendaftaran hingga tanggal yang ditetapkan, kata dia, diharapkan tidak perlu panik atau protes maupun minta perpanjangan, karena proses seleksi mengikuti jadwal yang ketat dan masih ada jalur SBMPTN dan seleksi mandiri pada masing-masing PTN.
“Jadi jangan khawatir, karena bisa mengikuti jalur seleksi SBMPTN dan seleksi mandiri,” katanya.
LTMPT memastikan tidak akan ada kendala dalam pendaftaran SNMPTN terutama menjelang penutupan pendaftaran. Pihaknya sudah mengantisipasi dengan mempersiapkan server dengan baik.
Pendaftaran dimulai 15 Februari pukul 15.00 WIB hingga 24 Februari 2021 pukul 15.00 WIB melalui laman TMPT https://portal.ltmpt.ac.id atau melalui laman https://snmptn.ltmpt.ac.id.
Siswa yang dapat mendaftar SNMPTN adalah siswa yang sudah memiliki akun LTMPT dan sudah permanen, siswa yang dinyatakan memenuhii syarat oleh sekolah, dan memiliki nilai yang lengkap di Pangkalan Data Sekolah dan Siswa (PDSS).
SNMPTN merupakan seleksi masuk PTN berdasarkan nilai rapor atau prestasi lainnya, demikian Budi Prasetyo Widyobroto.
Diaminasi elektrofotokatalitik pada gugus fungsi ikatan C – H
Diaminasi elektrofotokatalitik pada gugus fungsi ikatan C – H
Aminasi elektrofotokatalitik dari Ikatan C – H. (A) Siklus elektrofotokatalitik generik dengan trisaminocyclopropenium (TAC) 1. (B) Reaksi aminasi C – H tipe Ritter. (C) Reaksi diaminasi C-H vicinal elektrofotokatalitik dilaporkan dalam penelitian ini. Sub, substrat; suboks, substrat teroksidasi; Me, Metil; Et, etil; Ac, asetil; Eox, potensial oksidasi; lmax, panjang gelombang penyerapan maksimum. Kredit: Science, 10.1126/science.abf2798
Dalam kimia organik, konversi ikatan karbon-hidrogen (C-H) yang tidak aktif menjadi ikatan karbon-nitrogen (C-N) adalah transformasi yang sangat dihargai. Ilmuwan dapat menyelesaikan reaksi seperti itu hanya pada satu situs C-H karena derivasi pertama dapat mengurangi reaktivitas ikatan C-H sekitarnya.
Dalam laporan baru yang sekarang diterbitkan di Science, Tao Shen dan Tristan H.Lambert di departemen kimia dan biologi kimia, Cornell University, New York, menunjukkan bahwa arena teralkilasi dapat mengalami reaksi diaminasi CH vicinal untuk membentuk turunan 1,2-diamina menggunakan strategi elektrofotokatalitik.
Selama proses sintetik, mereka menggunakan asetonitril sebagai pelarut dan sumber nitrogen. Mereka mengkatalisis reaksi menggunakan ion trisaminocyclopropenium (TAC), yang mengalami oksidasi anodik untuk menghasilkan dikasi radikal yang stabil (kation apapun), sedangkan reaksi katodik mereduksi proton menjadi molekul hidrogen. Ketika mereka meradiasi dikasi radikal TAC dengan cahaya fluoresen kompak bercahaya putih, mereka menghasilkan zat antara photoexcited yang sangat teroksidasi. Berdasarkan elektrolit yang digunakan, tim memperoleh produk 3,4-dihydroimidazole atau aziridine.
Proses sintesis baru
Reaksi kimia di mana-mana yang mengubah ikatan karbon-hidrogen (C-H) inert menjadi ikatan karbon-nitrogen (C-N) yang berharga dapat sangat mempercepat konstruksi molekul kompleks yang relevan dengan perusahaan biomedis. Oleh karena itu, para peneliti telah mendapatkan serangkaian reaksi aminasi C-H, tetapi terlepas dari kekuatan dan cakupannya, banyak kampanye sintetis harus memasang banyak hubungan C-N.
Tantangan utama untuk mengembangkan reaksi kimia semacam itu adalah bahwa heterofungsionalitas cenderung menonaktifkan ikatan di sekitarnya menuju mode mekanistik khas aktivasi C – H. Hanya beberapa teknologi reaksi yang sejauh ini telah mencapai fungsi multipoten pada ikatan C-H proksimal.
Shen et al menjelaskan strategi kimia oksidasi yang kuat dengan menggabungkan energi cahaya dan listrik dalam satu katalis dalam proses yang dikenal sebagai elektrofotokatalisis (EPC).
Dalam strategi ini, tim menggunakan oksidasi elektrokimia dari ion trisaminocyclopropenium (TAC) di bawah potensi elektrokimia yang relatif ringan dan iradiasi cahaya tampak bersamaan untuk merangsang radikal kationik yang dihasilkan. Dikation radikal foto-tereksitasi adalah oksidan yang sangat kuat yang menunjukkan reaksi yang menantang termasuk fungsi oksidatif benzena dan arena miskin elektron lainnya atau fungsionalisasi C-H regioselektif eter.
Lingkup substrat diaminasi C–H visinal elektrofotokatalitik. Semua hasil adalah produk yang diisolasi. Produk diperoleh sebagai campuran rasemat; penggambaran irisan dan garis putus-putus menunjukkan hubungan stereokimia relatif. (A) Diaminasi alkylbenzenes sekunder. (B) Diaminasi alkylbenzenes primer. Detail eksperimental disediakan di bahan pelengkap. Asterisk menunjukkan kecepatan 2,2 V; simbol belati (†) menunjukkan work-up dengan NaHCO3 (aq) dan CH3OH; dan simbol belati ganda (‡) menunjukkan nBu4NPF6, bukan Et4NBF4. SM, bahan awal. Compound 36 dideasilasi setelah pemeriksaan. Kredit: Science, 10.1126/science.abf2798
Percobaan
Tim berhipotesis kekuatan oksidasi TAC untuk juga mengaktifkan manifold aktivasi ikatan C-H lainnya. Di bawah kondisi yang tepat, pendekatan elektrofotokatalitik dapat menghasilkan intermediet karbo-kation untuk memfasilitasi fungsionalisasi tipe Ritter dari ikatan C-H tanpa oksidan kimia eksternal.
Biasanya, selama reaksi tipe Ritter menghasilkan karbokation dengan penjebakan berikutnya oleh nitril untuk membentuk zat antara ion nitrilium diikuti oleh produk amida setelah hidrolisis. Tim berasumsi bahwa kondisi pengoksidasi kuat, namun selektif yang ditawarkan oleh TAC (trisaminocyclopropenium) EPC (elektrofotokatalisis) dapat memungkinkan serangkaian reaksi fungsionalisasi C-H tipe-Ritter, di mana gugus asetamid yang awalnya terbentuk memfasilitasi reaksi aminasi kedua pada posisi yang berdekatan.
Jika memungkinkan, metode ini dapat memfasilitasi aminasi regioselektif dari dua ikatan C-H hanya dengan menggunakan cahaya tampak, potensial elektrokimia ringan dan pelarut umum sebagai sumber nitrogen, bukan prekursor nitren.
Shen et al melaporkan realisasi deaminasi elektrofotokatalitik ikatan C-H untuk melengkapi dihidroimidazol atau aziridin, tergantung pada jenis elektrolit yang digunakan selama percobaan.
Aziridinasi C – H visinal elektrofotokatalitik. Kondisi reaksi terperinci untuk setiap substrat disediakan dalam bahan tambahan. Produk diperoleh sebagai campuran rasemat; penggambaran irisan dan garis putus-putus menunjukkan hubungan stereokimia relatif. Sebuah asterisk menunjukkan berjalan pada 2.2 V. i-Pr, isopropyl. Kredit: Science, 10.1126 / science.abf2798
Produk Sintetis
Setelah penyaringan ekstensif, kondisi reaksi termasuk potensi sel, elektrolit, aditif asam dan waktu reaksi, Shen et al. mengidentifikasi kondisi untuk membantu konversi yang efisien dari berbagai hidrokarbon benzilik dari hasil adisi N-asil-4,5-dihidroimidazol yang sesuai.
Dalam pengaturan reaksi, para ilmuwan menggunakan iradiasi cahaya tampak dengan cahaya fluoresen kompak putih dari larutan substrat yang mengandung TAC dalam sel elektrolitik terbagi di bawah potensi terkontrol.
Tim menambahkan katalis TAC dan substrat di dalam ruang anodik di mana kimia deaminasi C-H terjadi. Produk sampingan redoks yang dihasilkan secara efektif tidak dapat dilacak. Berdasarkan kondisi yang serupa, berbagai hidrokarbon benzilik menjalani diaminasi C-H vicinal untuk membentuk produk yang beragam.
Dalam semua kasus, para peneliti mencatat bagaimana fungsi metilen karbon terjadi dalam preferensi terhadap metil karbon, bahkan ketika terdapat gugus yang menuntut secara sterik atau gugus penarik elektron. Karena amina α-α-diaryl membentuk substruktur yang berharga dalam senyawa yang relevan secara biomedis, tim juga menyelidiki transformasi pada substrat permata-diaril.
Mereka menemukan bahwa 1,1-difenil etana bereaksi secara efisien untuk menghasilkan senyawa alkil benzena sekunder dengan hasil 80 persen. Kompatibilitas substituen alkohol, ester, alkil fluorida dan amida memungkinkan sintesis produk tambahan yang lebih berfungsi dengan baik.
Aplikasi sintetik diaminasi C – H visinal elektrofotokatalitik. (A) Analog senyawa bioaktif dibuat dengan cara diaminasi C – H vicinal elektrofotokatalitik atau aziridinasi. (B) sintesis 1,2-Diamina. (C) Sintesis dihidroimidazol. (D) Sintesis senyawa bioaktif. Kondisi reaksi rinci disediakan dalam bahan tambahan. Produk diperoleh sebagai campuran rasemat; penggambaran irisan dan garis putus-putus menunjukkan hubungan stereokimia relatif. Produk 80 dan 81 diisolasi sebagai garam bis tosylate. Ph, fenil; Tf, trifluoromethanesulfonate. Kredit: Science, 10.1126/science.abf2798
Fungsionalisasi sistem cincin
Tim mempelajari lebih lanjut potensi reaksi ini untuk memfungsikan sistem cincin. Reaksi fenil siklopentana menyebabkan senyawa bisiklik menghasilkan 85 persen. Para ilmuwan menghasilkan produk cincin beranggota enam dan tujuh sebagai campuran regioisomerik, bersama dengan produk cincin beranggota delapan dan 12 sebagai isomer tunggal. Mereka meningkatkan beberapa hasil untuk substrat siklik dengan menggunakan tetrabutylammonium fosfat (TBAF6) sebagai elektrolit. Selain asetonitril, para peneliti menggunakan nitril lain untuk menghasilkan produk diaminasi yang berasal dari propionitril, butil nitril atau benzonitril sebagai sumber nitrogen. Para ilmuwan juga menguji proses diaminasi menggunakan substrat benzilik yang tidak bercabang. Akibatnya, turunan imina dan halogenasi memunculkan aziridin dalam hasil rendah hingga sedang dengan hasil produk diaminasi yang hampir sama.
Dasar pemikiran mekanistik untuk diaminasi C – H visinal elektrofotokatalitik. Tegangan diukur dalam campuran CH3CN dan TFA 5: 1 untuk meniru kondisi reaksi dan relatif terhadap SCE.Kredit: Science, 10.1126/science.abf2798
Klasifkasi senyawa obat
Sejak tahap akhir proses fungsionalisasi C-H menawarkan alat yang ampuh untuk diversifikasi perpustakaan senyawa obat, Shen et al. menguji kimia difungsionalisasi pada beberapa molekul yang merupakan analog dekat dari molekul aktif biologis yang diketahui.
Tim diaminated turunan dibromoisatin untuk menghasilkan analog molekul bioaktif dalam hasil 42 persen. Misalnya, turunan Isatin telah diteliti di masa lalu karena khasiat obatnya termasuk aktivitas antitumor dan antivirus.
Para ilmuwan juga menemukan bahwa analog celecoxib dapat menghasilkan hasil 56 persen dalam kondisi standar. Mereka kemudian mengubah sebuah analog dari thalidomide dengan aktivitas antiproliferatif menjadi analog bioaktif lain dengan hasil 50 persen. Tim selanjutnya menemukan bagaimana modifikasi kecil pada prosedur elektrofotokatalitik dapat menyebabkan isolasi 1,2-diamina bebas dengan hasil yang baik.
Shen et al percaya mekanisme yang berasal dari aminasi tipe Ritter pada substrat ikatan C-H benzilik dalam proses yang sesuai dengan reaksi tipe Ritter elektrokimia yang diketahui.
Dengan cara ini, Tao Shen dan Tristan H. Lambert mencatat kesesuaian deaminasi dengan keragaman fungsionalitas yang masuk akal untuk aplikasi praktis dari reaksi ini.
Para ilmuwan menggunakan kekuatan cahaya gabungan dan energi listrik untuk melakukan reaksi dalam fungsi katalis tunggal dengan kemampuan sintetik yang lebih maju.
