Sengl neu ddwbl? Deall adweithedd cemegol systemau di-fetel

Mae tîm ymchwil yn Ysgol Cemeg Caerdydd wedi cyfuno cemeg synthetig â dulliau dadansoddi uwch er mwyn deall sut y rheolir bondio cemegol rhwng atomau carbon heb ddefnyddio metelau. Cefnogwyd y gwaith hwn yn gan y grant gan Ymddiriedolaeth Leverhulme a ddyfarnwyd iddynt yn ddiweddar.

I greu’r moleciwlau cymhleth sydd eu hangen ar bawb yng nghyd-destun fferylliaeth a chemegau pur, rhaid rheoli sut mae bondiau newydd yn ffurfio rhwng atomau carbon. Felly, mae adweithiau cyplu i greu bondiau carbon-carbon wedi bod yn darged pwysig i gemegwyr academaidd ers y 19eg ganrif.

Fodd bynnag, rhaid cael metelau drud neu brin ar gyfer y rhan fwyaf o’r dulliau o dan sylw, ac mae angen eu rheoli’n ofalus wedi hynny hefyd er mwyn osgoi effeithiau amgylcheddol.

Symudiad electronau rhwng moleciwlau sy’n ffurfio’r bondiau cemegol, ac mae’r adweithiau’n cael eu henwi er mwyn i ni wybod faint o electronau sy’n bresennol.

Er enghraifft, roedd Gwobr Nofel 2010 am Adeiladu bondiau C-C a ysgogir gan baladiwm yn seiliedig ar drosglwyddiad electron-dwbl, tra bod datblygiadau diweddar wedi defnyddio metelau rhes gyntaf lle cynhelir trosglwyddiad electorn-sengl.

Dros y degawd diwethaf, mae tuedd newydd wedi dod i’r amlwg er mwyn cynnig ffyrdd gwahanol a chynaliadwy o gyflawni trawsnewidiadau cemegol gan ddefnyddio dulliau di-fetel. Fel arfer, cynhelir y rhain drwy drosglwyddiad electron-dwbl.

Roedd y criw ymchwil yng Nghaerdydd a arweinir gan Dr Rebecca Melen, Dr Niek Buurma a Dr Emma Richards, hefyd yn cynnwys Ayan Dasgupta sy’n Gynorthwy-ydd Ymchwil Ôl-ddoethurol, Ayan Dasgupta sy’n Fyfyriwr PhD yng Nghaerdydd, yn ogystal â phartneriaeth gyda Chemegwyr Cyfrifiadurol o Brifysgol Tasmania yn Awstralia.

Gyda’i gilydd maent wedi herio ein dealltwriaeth o drawsnewidiadau di-fetel trwy greu proses ynni-isel gydag electron-sengl i fetelau rhes gyntaf.

Yn wir, daeth i’r amlwg iddynt bod adweithedd systemau di-fetel yn gallu amrywio rhwng llwybrau electron sengl neu ddwbl ac yn dibynnu ar yr amodau adweithio. Golygir bod modd rheoli’r union lwybr sy’n cael ei ddefnyddio mewn proses synthetig benodol.

Roedd yr astudiaeth fanwl hon yn llwyddiant oherwydd defnyddiwyd dulliau amrywiol sydd ar gael yn yr Ysgol Cemeg. Fe wnaeth y rhain alluogi’r tîm i ddeall ffactorau allweddol sy’n rheoli adweithedd cemegol y systemau.

Roedd y technegau hyn yn cynnwys defnyddio cyfrifiadau cyfrifiadurol, ac astudiaethau cyseiniant paramagnetig electron a chinetig (EPR).

Mae’r gwaith yn dangos bod modd datblygu ffyrdd diwenwyn o greu cyffuriau nad ydynt yn dibynnu ar brosesau sy’n defnyddio metelau drwy ddeall mecanwaith yr adwaith.

Fe wnaeth yr ymchwil gyffrous hon ddeillio o grant ddiweddar a enillwyd gan Dr Melen a Dr Richards.  Mae Grant Ymddiriedolaeth Leverhulme, Single or Double? A Radical Approach to Synthesis via Frustrated Lewis Pairs wedi cael sylw yn J. Am. Chem. Soc.