Dolaze nova, ekološka organska otapala

Metanol, etanol, oktanol, eter, petroleter, aceton, heksan, benzen, toluen, kloroform, tetraklormetan, piridin, actetonitril, dimetil-sulfoksid… Sve su to imena svakom kemičaru dobro poznatih organskih otapala (a laiku riječi za jezik polomiti). Nešto se otapa u jednom, nešto u drugom otapalu, jedno je otapalo dobro za jedno, drugo za drugo. Eter služi za ekstrakciju, posebice masti. Oktanol je tekućina podjednako lipofilna kao stanične membrane, pa služi za istraživanje farmakodinamike ljekovitih tvari, tj. za utvrđivanje kako se one raspodjeljuju u tjelesnim tekućinama. Benzen i acetonitril su jako dobra otapala za provođenje reakcija organskih spojeva.

Dimeil-sulfoksid ima svojstava i vode i organskog otapala („organska voda“), pa su zbog toga, prije mnogo godina, dvojica američkih kemičara došla na zamisao da bi se mogao koristiti kao lijek za sve bolesti – no nade su im se, unatoč početnom uspjehu, izjalovile. A piridin, ah piridin… Njegovog se očajnog smrada (mirisna kombinacija benzina i amonijaka) sjećam još iz studentskih dana, i to s dobrim razlogom. Piridin je baza i to – za razliku od natrijeva, kalijeva i kalcijeva hidroksida te amonijaka – baza koja se može otapati (miješati) s organskim otapalima, pa kada se hoće zalužiti benzen to se može učiniti samo piridinom.

Alkohol s vodom (i drugim sastojcima) je otopina (solution) dok je čisti alkohol otapalo (solvent)
Alkohol s vodom (i drugim sastojcima) je otopina (solution) dok je čisti alkohol otapalo (solvent)

Ne radi se samo o smradu. Eter i petroleter (najlakša frakcija nafte) su lako zapaljive i lako hlapljive tekućine čije pare sa zrakom lako čine eksplozivnu smjesu, a usto eter, a također i kloroform, djeluju narkotično. Benzen je kancerogen, a tetraklormetan otrovan za bubrege i jetra, te dakako pluća (ako se udiše). No nije to samo pitanje radne sredine, zaštite onih koji se služe i rukuju otapalima. U proizvodnji finih kemikalija, recimo ljekovitih tvari, potroši se i tisuću puta više otapala nego što se dobije konačnog proizvoda. Otapala se, istina, recikliraju, ali opet se ne može izbjeći da nešto od njih ne dospije u okoliš. Nitko ne želi piti vodu onečišćenu benzenom – pa da od nje dobije rak.

Briga za okoliš postaje svakim danom sve veća, a iz te brige proizašla je i zelena kemija (green chemisty), nastojanje kemičara da iznađu tehnološke postupke koji bi bili što manje štetni za okoliš. Ako je tako, onda bi i organska otapala trebalo zamijeniti s nečim drugim. S čime drugim? S novim organskim otapalima. Nemoguća misija: organska otapala kemičari poznaju i njima se služe već dva stoljeća, pa kad nisu dosad ništa novo (bolje) izmislili, neće ni odsad!

No to je već misao za skeptike, one koji ne prihvaćaju tvrdnju da „znanost sve može“, čak ni kao hiperbolu. A rješenje je zapravo sasvim jednostavno, pravo Kolumbovo jaje. Sva su organska otapala organski spojevi, pa stoga svaki organski spoj – uz uvjet da ima nisko talište i da je koliko-toliko kemijski inertan – može biti organsko otapalo.

Problem je međutim što ima podosta kemijski inertnih organskih spojeva, no ima ih malo s niskim talištem. No i za to ima lijeka, a taj se lijek nalazi u jednoj jedinoj riječi: eutektikum. Pomiješamo li dvije čiste tvari, njihovo će talište biti niže od tališta obje tvari; smjesa koja ima najniže talište zove se eutektička smjesa. S tim smo se pojmom susreli i na ovim mrežnim stranicama, recimo u tekućoj slitini galija i indija ili natrija i kalija. Školski primjer eutektikuma je smjesa glinice (Al2O3) i kriolita (Na3AlF6) koja se tali na 904 oC, iako je talište glinice 2.026 oC. Pa i samo željezo je eutektička smjesa: talište čistog željeza je 1.535 oC, dok željezo koje izlazi iz visoke peći ima, zbog otopljenog ugljika, temperaturu od samo 1.100 – 1.200 oC.

Holin
Holin

No vratimo se organskim otapalima. Na pisanje ovog članka naveo me pregledni rad „Niskotemperaturna eutektička otapala – racionalnim dizajnom do zelenog otapala budućnosti“ što su ga za rujanski broj časopisa Kemija u industriji napisala petorica kemičara sa zagrebačkog Prehrambeno-biotehnološkog fakulteta. Naslov sve kaže, pa opet kakva su to „niskotemperaturna eutektička zalena otapala budućnosti“?

Riječ je, jednostavno rečeno, o biološkim spojevima, koji kada se pomiješaju u pravom omjeru postižu dovoljno nisko talište da se mogu upotrijebiti kao otapala.

Najboljim se u tom pogledu pokazao kolin, točnije kolin-klorid (jer kolin, +N(CH3)3CH2CH2OH, je kation kvaterne amonijeve soli pa ne može postojati u slobodnom stanju). Kolin-klorid unatoč visokom talištu, 302 oC, daje, s etilen-glikolom, ureom, glukozom ili glicinom, uz dodatak vode, otapala s talištem od oko 50 oC. Eutektička otapala na bazi kolin-klorida već su našla primjenu u proizvodnji magnetskih filmova, u organskoj sintezi, u proizvodnji celuloze, hemiceluloze, lignina i biodizela, kao otapala za proteine, te za dobivanje nanočestica, nanokristala i nanocjevčica.

Bit će toga još: zelena kemijska budućnost je pred nama.  

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.