Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.
Ett gram av dette stoffet har en overflate på 1.300 kvadratmeter. Det åpner for uante muligheter
Nå har forskerne et selskap med ti ansatte og metodene brukes i hele verden.
Professor Mats Tilset viser fram benzen-ringen (øverst). Den har en aminogruppe koblet til seg. Molekylet fungerte som en knagg som andre stoffer kunne hektes til inne i strukturen.(Foto: Elina Melteig)
Se for deg en kube. I hjørnene er det plassert metaller.
For å binde sammen hjørnene og holde kuben stabil, er det et rammeverk, laget av egnete organiske forbindelser.
Tradisjonelt har uorganisk kjemi, slik som metaller, og organisk kjemi, å bygge ting basert på grunnstoffet karbon, ikke hatt så mye til felles.
Professor i organisk kjemi ved Universitetet i Oslo, Mats Tilset, forteller hvordan han begynte å samarbeide med «uorganikerne».
Han hadde noen interessante stoffer. Den uorganiske kjemien hadde noen interessante strukturer hvor Tilsets stoffer kunne passe inn.
– Jeg jobbet med en type kjemi som hadde som mål å temme metan, mimrer han.
Metan har sterke bindinger, men dersom det er mulig å lage metanol av det, er det veldig mye mer anvendelig for industrien. Men hvordan bryte de sterke kjemiske bindingene?
Dét problemet er fremdeles ikke løst, avslører Tilset, men utgangspunktet for samarbeidet førte til noe helt annet.
Interessant, men ustabil
Tilset begynte å samarbeide med Unni Olsbye og Karl Petter Lillerud, på uorganisk kjemi.
De to jobbet med et stoff som i dag kalles en MOF – metallorganisk rammeverk. I lang tid var disse kjemisk interessante, men ustabile.
MOFer er interessante fordi de har stor overflate. I teorien er det mulig å få andre kjemiske reaksjoner til å skje inne i en MOF, på en kontrollert måte. Dette er nyttig i mange typer industri.
De lykkes med å bygge en stabil struktur. Dermed kunne de utvikle den nye kjemiske teknologien videre.
Hva er UiO-66?
UiO-66 er en mer stabil variant av stoffet Omar Yaghi laget på begynnelsen av 2000-tallet. Dette hører til stoffgruppen MOFer, det vil si metall-organiske rammeverk.
En MOF er en struktur med uorganiske hjørner som er bundet sammen av organiske molekyler. Det gjør dem stabile, samtidig som de er hule.
UiO-66 har så mye hulrom at ett gram av stoffet har en overflate på 1.300 kvadratmeter. Hulrommene kan fylles med kjemiske stoffer med ulike egenskaper.
UiO-66 ble oppdaget i 2007 og patentert året etter. I 2015 ble selskapet ProfMOF etablert for å skreddersy MOFer til industri og forskning.
Organisk kjemi ble viktig i den uorganiske rammen
Én av utfordringene var å lage en MOF som inneholdt en kjemisk gruppe som kunne fungere som en slags knagg for annen kjemi – helst inne i strukturen.
Tilset forklarer at dette er noe som gjøres mye i organisk kjemi. Og ved hjelp av dette fagfeltets mange flotte triks fikk de det til. Da åpnet strukturen seg for helt nye anvendelser.
– Se for deg at du har to metaller i hjørnene. Imellom har du en benzen-ring. Vi klarte å feste en aminogruppe til benzenringen. Det blir som at to armer holder hvert sitt metallhjørne, mens denne tredje armen er fri til å holde i noe helt annet, forklarer Tilset.
En aminogruppe er et godt utgangspunkt, fordi denne lett kan omdannes til en rekke andre grupper. Det var som en nøkkel som kunne åpne dører til svært mange ulike funksjoner.
Annonse
Her er en illustrasjon av armene som ulike kjemiske egenskaper kan festes til. Illustrasjonen er laget av Mats Tilset i verktøyet ChemDraw - Revvity Signals Software, Inc.
Den tredje «armen» åpnet dørene for ny kjemi
Med den tredje armen på plass, var det mulig å få en rekke kjemiske reaksjoner til å skje inne i MOFen. Det var for eksempel mulig å sette inn katalysatorer.
Selv om mye av problemet for industrien er løst, og MOFene for lengst er tatt i bruk, forteller Tilset at de fremdeles er interessante å forske på, for å ytterligere øke kjemikernes verktøykasse.
Selskapet ProfMOF, som ble stiftet da etterspørselen etter stoffet økte, er i dag et forskningsselskap som blant annet videreutvikler MOFene.
Slik er det mulig å si at god kjemi oppstod da uorganisk kjemi møtte organisk kjemi.
