CAREER: CAS: An Electrochemical Approach for Catalytic Dehydration
职业:CAS:催化脱水的电化学方法
基本信息
- 批准号:2339405
- 负责人:
- 金额:$ 77万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:美国
- 起止时间:2024-02-01 至 2029-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
With the support of the Chemical Catalysis Program in the Division of Chemistry, Eric Nacsa of the Pennsylvania State University is studying the development of new chemical catalysts powered by electrical energy to promote dehydration reactions. The discovery and manufacture of medicines, textiles, plastics, food products, and perfumes depend heavily on chemical dehydrations. These processes combine simpler precursors to make useful products by removing a molecule of water, but they overwhelmingly generate a significant amount of unnecessary and potentially wasteful chemical byproduct to achieve this seemingly simple outcome. Electrical energy is being leveraged to power catalysts that achieve these dehydration reactions in a conceptually new manner that mitigates chemical byproduct formation. Dr. Nacsa is also studying a new teaching method that aims to improve learning outcomes and equity in the context of undergraduate organic chemistry. This course is a prerequisite for physicians, dentists, veterinarians, and a range of engineers, but it often presents a stumbling block to these careers that is seen as intimidating and inequitable. These issues are being addressed through the development of new types of assessments as alternatives to exam-intensive evaluation approaches.Efficient dehydration catalysts have traditionally been challenging to develop because of countervailing electronic demands throughout catalytic cycles. This challenge is being addressed by the Nacsa research team by using electrochemistry to modulate the oxidation state of sulfur-based organocatalysts. The catalysts are expected to enable nucleophilic substitutions of acids to afford esters and amides, and nucleophilic additions of alcohols to afford ethers, alkyl halides, and amines using electrochemistry to promote catalyst activation and turnover. By avoiding the generation of stoichiometric byproducts usually associated with dehydration reactions, the environmental footprint impact of these types of reactions is expected to be reduced, and the derivatization process is expected to be streamlined in support of a broad array of both discovery and process chemistries.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学系化学催化项目的支持下,宾夕法尼亚州立大学的Eric Nacsa正在研究开发由电能驱动的新型化学催化剂,以促进脱水反应。药物、纺织品、塑料、食品和香水的发现和制造严重依赖于化学脱水。这些过程结合了联合收割机更简单的前体,通过去除一分子水来制造有用的产品,但它们压倒性地产生了大量不必要的和潜在浪费的化学副产品,以实现这个看似简单的结果。电能被用来为催化剂提供动力,这些催化剂以一种概念上新的方式实现这些脱水反应,从而减少化学副产物的形成。Nacsa博士还在研究一种新的教学方法,旨在提高本科有机化学的学习成果和公平性。这门课程是医生,牙医,兽医和一系列工程师的先决条件,但它往往是这些职业的绊脚石,被视为恐吓和不公平。这些问题正在通过开发新类型的评估来解决,作为考试密集型评估方法的替代品。由于整个催化循环中的电子需求抵消,高效脱水催化剂的开发一直具有挑战性。Nacsa研究小组正在通过使用电化学来调节硫基有机催化剂的氧化态来解决这一挑战。预期催化剂能够使酸的亲核取代得到酯和酰胺,并且使醇的亲核加成得到醚、烷基卤化物和胺,使用电化学促进催化剂活化和周转。通过避免通常与脱水反应相关的化学计量副产物的产生,预期这些类型的反应的环境足迹影响将减少,该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过利用基金会的智力价值进行评估,被认为值得支持和更广泛的影响审查标准。
项目成果
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