L'acétylure de calcium a été découvert il y a plus de 150 ans. C'est un blanc jaunâtre, beige, ou gris solide, un composé de calcium et de carbone. L'acétylure de calcium est actuellement utilisé pour produire de l'acétylène gazeux. Dans l'industrie, il est largement utilisé dans la production d'acide acétique et d'alcool éthylique; il peut être utilisé dans la production de matières plastiques, caoutchouc, et les moteurs de fusée aussi.

Le carbone nécessaire à la synthèse de l'acétylure de calcium est extrait de manière non durable. Par conséquent, la ressource fossile est épuisée (l'approche non durable) et, par ailleurs, la quantité de carbone augmente au-dessus de la surface de la terre. « Nous travaillons sur une stratégie de cycle de production neutre en carbone. En particulier, obtenir de l'acétylure de calcium, vous pouvez utiliser du carbone obtenu par décomposition thermique (pyrolyse) des déchets, et la substance résultante peut être utilisée dans l'industrie pour créer de nouveaux composés, " a déclaré Konstantin Rodygin, un chercheur associé au Laboratoire de Catalyse de Grappes, Université de Saint-Pétersbourg.

"De nos jours, un défi majeur pour l'humanité est de créer une nouvelle génération de procédés industriels qui permettent d'obtenir les composés organiques et les matériaux les plus importants dans le cadre d'une approche neutre en carbone. Le remplacement des ressources fossiles par des ressources renouvelables est de la plus haute importance, résolvant ainsi les problèmes environnementaux. Comme le montrent nos travaux, la synthèse organique à base d'acétylure de calcium ouvre de nouvelles perspectives pour la mise en œuvre de technologies neutres en carbone. De plus, la compréhension des processus chimiques de transformation des espèces carbures dans les processus chimiques en solution est d'une importance capitale, " a déclaré Valentin Ananikov, membre de l'Académie des sciences de Russie et chef des laboratoires de catalyse en grappes et de catalyseurs à complexes métalliques et à l'échelle nanométrique à l'Institut Zelinsky.

Les chimistes ont pu proposer une nouvelle stratégie d'utilisation de la substance en simulant les processus qui se produisent au niveau des atomes et des molécules lors de l'interaction de l'acétylure de calcium, l'eau, et un solvant diméthylsulfoxyde. L'acétylure de calcium est un sel contenant des résidus acides d'acétylène chargés négativement (appelés anions acétylure avec une charge de -2) et des ions calcium chargés positivement. Les chercheurs ont étudié l'acidité des anions acétylide, l'eau, et quelques autres substances dans un solvant de diméthylsulfoxyde. Dans ce solvant, un phénomène inhabituel peut être observé; l'interaction des anions acétylure avec l'eau, hydrolyse, procède de manière incomplète. Les anions ainsi formés, ayant une charge de' -1, peut subir un large éventail de réactions chimiques organiques clés.

"Après avoir effectué l'analyse, nous avons réalisé qu'au lieu de l'eau, on peut utiliser d'autres substances protonantes pour transférer l'acétylure en solution. Aussi, on peut potentiellement utiliser un solvant moins toxique et plus « vert » à la place du diméthylsulfoxyde pour effectuer des réactions impliquant l'acétylure de calcium, si le solvant répond à certains critères nouvellement découverts. Ainsi, la synthèse chimique de nouvelles substances avec l'acétylure de calcium peut être « plus verte » en raison du potentiel de l'acétylure de calcium à réagir dans des solvants moins toxiques, ainsi qu'en raison d'approches plus durables de la synthèse du carbure lui-même », a déclaré Mikhail Polynski, un co-auteur de l'article, assistant enseignant à l'Institut de chimie de l'Université de Saint-Pétersbourg.

Remarquable, l'un des co-auteurs du nouvel article est Mariia Sapova, diplômé de l'Université de Saint-Pétersbourg, qui a commencé à travailler sur le projet pendant ses études de maîtrise. « Le projet ambitieux m'a attiré dès le départ, comme l'idée de combiner diverses méthodes de calcul ouvre de nombreuses opportunités pour la simulation de processus complexes, tel que, dans notre cas, le processus de dissolution. Ce travail m'a donné une compréhension élargie de la science en général et, de plus, m'a encouragé à sortir de ma zone de confort, cristaux de modelage, et de défier les limites d'applicabilité de diverses méthodes en chimie computationnelle. Je pense que les approches de modélisation méthodologiquement complexes comme celles proposées dans l'article devraient être développées davantage, afin que nous puissions effectuer une modélisation vraiment réaliste des processus chimiques, " a noté Mariia Sapova.

Comme l'a précisé Mikhail Polynski, la recherche nouvellement présentée est purement théorique; il s'agit d'une simulation informatique du processus d'obtention d'acétylures à partir d'acétylure de calcium. "Nous avons utilisé les méthodes dites de chimie quantique, Dynamique moléculaire de Born-Oppenheimer. À la suite d'une telle simulation, il est possible de faire un court film moléculaire montrant à quoi ressemble le mouvement des atomes et des molécules à très court terme, picoseconde, échelles de temps, " a conclu Mikhaïl Polynski.