Prijeđite na glavni sadržaj
  1. Institut Ruđer Bošković
  2. Novosti
  3. Manje je više: Ruđerovi znanstve...

Manje je više: Ruđerovi znanstvenici ubrzali su fotokemijsku reakciju u kugličnom mlinu

12.3.2026.
Manje je više: Ruđerovi znanstvenici ubrzali su fotokemijsku reakciju u kugličnom mlinu

Senada Muratović, Marina Juribašić Kulcsár i Mario Pajić

Znanstvenici Instituta Ruđer Bošković (IRB) prvi su pokazali da se važna fotokemijska reakcija može učinkovito provesti u kugličnom mlinu, zatvorenoj posudi u kojoj se praškaste tvari stalno miješaju i usitnjavaju udarcima kuglice. Postupak se odvija bez prekida, bez upotrebe otapala i uz vrlo malu količinu pomoćne tvari koja “pomaže” da se molekule spoje. Rezultat upućuje na praktičan put prema procesima koji troše manje resursa i stvaraju manje otpada, a istodobno su lakši za automatizaciju i ponavljanje, što je ključno kada se laboratorijski postupak želi pretvoriti u pouzdan proces, u znanosti i industriji, primjerice u razvoju novih materijala.

„Po prvi put smo proveli fotokemijsku dimerizaciju (spajanje dviju istih molekula u jednu veću), u kugličnom mlinu, a praćenjem reakcije u stvarnom vremenu uočili smo zanimljive učinke koji, unatoč velikom broju dosadašnjih radova na ovu temu, u ovom sustavu ranije nisu bili zabilježeni. Upravo nam je naša metoda omogućila da te pojave detaljno proučimo i objasnimo. Usto, postupak je gotovo deset puta brži od ranije objavljenih pristupa te se odvija bez uporabe otapala, doslovno „samo” mljevenjem dviju krutih tvari, pri čemu se jedna koristi u katalitičkoj količini. Zbog toga proces u potpunosti ispunjava načela zelene kemije.“ – objašnjava dr. sc. Marina Juribašić Kulcsár, dopisna autorica na radu.

Rad je objavljen u uglednom međunarodnom časopisu Chemical Communications koji izdaje Royal Society of Chemistry, a istraživanje su u cijelosti proveli znanstvenici Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu, uz dr. Juribašić Kulcsár, tim čine dr. sc. Mario Pajić i dr. sc. Senada Muratović, Računalne simulacije koje su pomogle objasniti rezultate provedene su na superračunalu Supek u Sveučilišnom računskom centru (SRCE) u Zagrebu.

Svjetlo, kuglice i „pametno slaganje” molekula

U mnogim kemijskim postupcima koriste se velike količine otapala i dodataka koje na kraju treba zbrinuti. Ovdje je pristup drugačiji: reakcija se odvija u krutoj smjesi, u kugličnom mlinu, gdje se prah kontinuirano miješa i usitnjava, dok ga istodobno osvjetljavaju LED izvori. Takvo mehaničko miješanje uz primjenu svjetla stalno izlaže nove površine materijala, što pomaže da reakcija teče brže i ravnomjernije.

U krutoj smjesi molekule se ne kreću slobodno kao u tekućini, pa se moraju “naći” vrlo blizu i u dobrom položaju da bi se spojile. U tome pomaže rezorcinol, mala organska molekula koja u smjesi djeluje kao svojevrsni “organizator”, privremeno usmjeravajući molekule u položaj povoljan za spajanje pod svjetlom.

Kako se to radilo prije i zašto je bilo problematično?

Iako se ova reakcija proučava desetljećima, u praksi se često provodila na način koji je teško standardizirati. Smjese su se miješale ručno, u tarioniku ili jednostavnijim uređajima, a postupak je znao trajati od nekoliko sati do nekoliko dana. Ručno miješanje posebno je problematično jer rezultat ovisi o osobi koja radi, a istodobno miješanje i osvjetljavanje nije lako izvesti bez prekida. Dodatni izazov bio je nadzor. Da bi provjerili tijek procesa, istraživači su morali zaustaviti postupak, uzeti uzorak i analizirati ga, što je unosilo pauze i smanjivalo ponovljivost.

Praćenje reakcije “uživo”

U novom pristupu mlin radi kontinuirano, a uzorak se osvjetljava bez prekida. Posebna prednost je što su autori tijek reakcije pratili analitičkom metodom, Ramanovom spektroskopijom, u stvarnom vremenu, bez zaustavljanja mlina. Time su dobili jasniji uvid u to što se u smjesi događa tijekom cijelog procesa, a ne tek na kraju.

Ključan nalaz: optimalna količina predloška

Tim je sustavno usporedio različite količine rezorcinola i pokazao da “više” ne znači nužno “brže”. Najbrži tijek postignut je kada je rezorcinola bilo relativno malo, otprilike od jedne desetine do polovice u odnosu na početnu tvar (10–50 mol%), a najbolji rezultat postignut je oko jedne četvrtine (25 mol%). Rezorcinol pritom ne “nestaje” odmah: prema mjerenjima i računalnim simulacijama, on se privremeno veže uz početne molekule, pomogne im da se spoje, a zatim se može odvojiti i ponovno sudjelovati u sljedećem koraku, kao pomoćnik koji se tijekom procesa više puta koristi.

„Računalne simulacije i mjerenja upućuju da rezorcinol najradije stvara stabilan par s početnom molekulom, a nakon nastanka produkta može se ponovno vezati s preostalom početnom tvari, što omogućuje ciklus u kojem se rezorcinol tijekom procesa praktično ‘reciklira'.“ – objašnjava dr. sc. Mario Pajić, prvi autor na radu.

„U ovom smo istraživanju koristili novi sustav za fotokemijske reakcije koji smo razvili i izradili ‘in-house’ na IRB-u prije godinu dana. Razvoj metode vodio je dr. sc. Ivan Halasz, a u izradi i uspostavi sustava sudjelovali su dr. sc. Ivica Cvrtila, znanstveni suradnik u našem laboratoriju, Ivan Kulcsar, dipl. ing. stroj., viši stručni suradnik u našem laboratoriju, te Tomislav Mrla, viši tehničar Zavoda za fizičku kemiju, uz korištenje resursa Radionice IRB-a. Ovaj novi sustav je vrijedan rezultat suradnje ljudi različitih struka koji rade na IRB-u.” – ističe dr. sc. Marina Juribašić Kulcsár.

Zašto je to važno?

Ovi rezultati pokazuju da se reakcije mogu izvoditi brže, jednostavnije i uz manje otpada: bez otapala i s minimalnom količinom pomoćne tvari. Uz to, postupak je ponovljiviji jer se odvija bez prekida i omogućuje praćenje “uživo”, što olakšava optimizaciju i buduću automatizaciju. Takav pristup otvara put učinkovitijoj izradi kemijskih “gradivnih blokova” važnih za razvoj novih materijala, a dugoročno i za primjene u drugim područjima, uključujući farmaceutiku.

Istraživanje je financirala Hrvatska zaklada za znanost (IP-2019-04-9951, IP-2020-02-1419, DOK-2020-01-7515), a računski dio izveden je na superračunalu Supek u SRCE-u. Daljnja istraživanja financira Hrvatska zaklada za znanost (IP-2025-02-3843).

Kontaktirajte nas

Ured za odnose s javnošću

+385 1 457 1269
pr@irb.hr

Više informacija

Marina Juribašić Kulcsar

Viši znanstveni suradnik
Zavod za fizičku kemiju
Laboratorij za sintezu i katalizu u čvrstom stanju
Marina.Juribasic@irb.hr
Tel:
+385 1 457 1217
Interni broj:
1295
1432

Znanstveni rad

Less is more? Probing the template amount required for solid-state olefin [2 + 2] photocycloaddition in a ball mill

Vezane vijesti

Novi rad o fluorescentnom obilježavanju proteina istaknut na naslovnici

Logo Hrvatske zaklade za znanost

HRZZ