L'acetiluro di calcio è stato scoperto più di 150 anni fa. È un bianco-giallastro, beige, o grigio solido, un composto di calcio e carbonio. L'acetiluro di calcio è attualmente utilizzato per produrre acetilene gassoso. Nell'industria, è ampiamente utilizzato nella produzione di acido acetico e alcol etilico; può essere utilizzato nella produzione di materie plastiche, gomma, e anche motori a razzo.

Il carbonio necessario per la sintesi dell'acetiluro di calcio viene estratto in modo non sostenibile. Di conseguenza, la risorsa fossile è esaurita (l'approccio insostenibile) e, per di più, la quantità di carbonio aumenta al di sopra della superficie terrestre. "Stiamo lavorando a una strategia per il ciclo produttivo a emissioni zero. In particolare, per ottenere acetiluro di calcio, si può utilizzare il carbonio che si ottiene per decomposizione termica (pirolisi) dei rifiuti, e la sostanza risultante può essere utilizzata nell'industria per creare nuovi composti, " disse Konstantin Rodygin, assegnista di ricerca presso il Laboratorio di Catalisi Cluster, Università di San Pietroburgo.

"Oggi, una sfida chiave per l'umanità è creare una nuova generazione di processi industriali che permettano di ottenere i più importanti composti e materiali organici nell'ambito di un approccio carbon-neutral. Di estrema importanza è la sostituzione delle risorse fossili con quelle rinnovabili, risolvendo così i problemi ambientali. Come mostrato nei nostri lavori, la sintesi organica basata sull'acetiluro di calcio apre nuove opportunità per l'implementazione di tecnologie a emissioni zero. Inoltre, la comprensione dei processi chimici di trasformazione delle specie di carburi in processi chimici in soluzione è di fondamentale importanza, " disse Valentin Ananikov, un membro dell'Accademia delle scienze russa e il capo dei laboratori di catalisi a grappolo e catalizzatori di complessi metallici e nanoscala presso l'Istituto Zelinsky.

I chimici hanno potuto proporre una nuova strategia di utilizzo della sostanza simulando i processi che avvengono a livello di atomi e molecole durante l'interazione dell'acetiluro di calcio, acqua, e un solvente dimetilsolfossido. L'acetiluro di calcio è un sale contenente residui acidi di acetilene con carica negativa (i cosiddetti anioni acetilide con carica di -2) e ioni calcio con carica positiva. I ricercatori hanno studiato l'acidità degli anioni acetilide, acqua, e alcune altre sostanze in un solvente dimetilsolfossido. In quel solvente, si può osservare un fenomeno insolito; l'interazione degli anioni acetilide con l'acqua, idrolisi, procede in modo incompleto. Gli anioni così formati, con una carica di' -1, può subire una vasta gamma di reazioni chimiche organiche chiave.

"Dopo aver eseguito l'analisi, ci siamo resi conto che invece dell'acqua, si possono usare altre sostanze protonanti per trasferire l'acetilide in soluzione. Anche, si può potenzialmente utilizzare un solvente meno tossico e più "verde" invece del dimetilsolfossido per eseguire reazioni che coinvolgono l'acetiluro di calcio, se il solvente soddisfa alcuni criteri appena scoperti. Così, la sintesi chimica di nuove sostanze con l'acetiluro di calcio può essere "più verde" grazie al potenziale dell'acetiluro di calcio di reagire in solventi meno tossici, nonché a causa di approcci più sostenibili alla sintesi del carburo stesso", ha affermato Mikhail Polynski, coautore dell'articolo, assistente docente presso l'Istituto di Chimica dell'Università di San Pietroburgo.

Degno di nota, uno dei coautori del nuovo articolo è Mariia Sapova, laureato all'Università di San Pietroburgo, che ha iniziato a lavorare al progetto durante gli studi di master. "Il progetto impegnativo mi ha attratto fin dall'inizio, poiché l'idea di combinare vari metodi di calcolo apre ampie opportunità per la simulazione di processi complessi, come, nel nostro caso, il processo di scioglimento. Questo lavoro mi ha dato una comprensione più ampia della scienza in generale e, Inoltre, mi ha incoraggiato ad uscire dalla mia zona di comfort, cristalli da modellare, e sfidare i limiti di applicabilità dei vari metodi nella chimica computazionale. Penso che approcci di modellazione metodologicamente complessi come quello proposto nell'articolo dovrebbero essere sviluppati ulteriormente, in modo da poter eseguire una modellazione davvero realistica dei processi chimici, " ha osservato Mariia Sapova.

Come ha specificato Mikhail Polynski, la ricerca appena presentata è puramente teorica; è una simulazione al computer del processo per ottenere acetiluri dall'acetiluro di calcio. "Abbiamo usato i cosiddetti metodi della chimica quantistica, Dinamica molecolare di Born-Oppenheimer. Come risultato di tale simulazione, è possibile realizzare un breve filmato molecolare che mostri come il movimento di atomi e molecole appaia molto breve, picosecondo, scale temporali, " ha concluso Mikhail Polynski.