Elucidarea termodinamică și prezicerea sinergismului chimic în procese chimice complexe

Rezumatul activității și a rezultatelor obținute în proiect în anul 2024

Scopul acestui proiect este investigarea sinergismului în procesele chimice complexe printr-o abordare termodinamică riguroasă, cu aplicații în chimie, biochimie și industriile farmaceutică, medicală și chimică. Cercetările s-au concentrat pe elucidarea interacțiunilor sinergice, identificarea condițiilor ce favorizează sau inhibă acest fenomen și promovarea amestecurilor sinergice ca alternativă sustenabilă la reactanții individuali costisitori. Printr-o înțelegere aprofundată a fenomenelor de sinergism și antagonism, proiectul urmărește dezvoltarea de procese chimice eficiente, cu impact redus asupra mediului.

A fost dezvoltată o metodologie complexă, bazată pe date termodinamice standard, ecuații de bilanț de masă și observații experimentale, pentru evaluarea condițiilor în care sinergismul și antagonismul se manifestă în timpul proceselor de extracție. Studiile teoretice și experimentale au vizat sisteme bine documentate, precum Zn²⁺-tenoiltrifluoroacetona-TBP, oferind informații detaliate despre distribuția speciilor chimice între faza apoasă și faza organică (benzen) în funcție de pH, temperatură și compoziție chimică. Analiza acestor sisteme a permis definirea unui indice de sinergism (SI) pentru cuantificarea fenomenului și identificarea condițiilor care determină tranziția de la sinergism la antagonism.

Calculele termodinamice avansate și simulările teoretice au oferit o înțelegere detaliată a comportamentului sistemelor selectate, validând metodologia propusă prin corelarea rezultatelor cu datele experimentale din literatura de specialitate. Rezultatele obținute constituie o bază solidă pentru prezicerea fenomenelor de sinergism și antagonism în diverse condiții experimentale, cum ar fi compoziția chimică și pH-ul sistemelor eterogene lichid-lichid.

Aplicabilitatea rezultatelor se extinde în mai multe domenii:

1. Optimizarea proceselor industriale – Utilizarea amestecurilor sinergice poate reduce semnificativ costurile de producție și crește eficiența proceselor chimice.
2. Dezvoltarea de noi reactivi și produse – Sinergismul chimic reprezintă o alternativă viabilă la reactanții costisitori, promovând inovații în industriile farmaceutică și chimică.
3. Sustenabilitate – Reducerea consumului de resurse și a impactului ecologic prin utilizarea amestecurilor sinergice în locul proceselor convenționale mai puțin eficiente.

Proiectul a inclus și diseminarea rezultatelor în cadrul a trei conferințe internaționale: MARBLUE 2024 (Constanța, România), IasiCHEM 2024 (Iași, România) și SIMI 2024 (Constanța, România) și una națională cu participare internațională (Tiraspol 2024). Participarea la aceste evenimente a facilitat schimbul de idei și colaborări cu experți în domeniu, contribuind la avansarea cercetării în sinergismul chimic.

Prin aplicarea acestei metodologii, rezultatele proiectului oferă un cadru inovativ pentru designul și implementarea proceselor chimice durabile, având implicații semnificative în chimia analitică, farmaceutică, biochimie și chimia organică sintetică. Aceste contribuții sprijină dezvoltarea unui model sustenabil pentru utilizarea resurselor și reducerea impactului asupra mediului, răspunzând provocărilor actuale din cercetarea chimică și industrială.

Raport științific pentru a. 2024

Rezumatul activității și a rezultatelor obținute în proiect în anul 2025

În ultimele decenii, studiul sinergismului chimic în sisteme eterogene a dobândit o importanță crescândă datorită rolului pe care acest fenomen îl joacă în procesele naturale și tehnologice. Totuși, lipsa unui cadru termodinamic unificat a împiedicat până acum înțelegerea completă și cuantificarea riguroasă a acestor interacțiuni. Rezultatele obținute în cadrul proiectului de față prezintă o metodologie generală, robustă și aplicabilă unui spectru larg de sisteme chimice, destinată să clarifice mecanismele sinergice care apar atunci când două sau mai multe specii chimice interacționează într-un amestec eterogen ce conține atât faze solide, cât și faze dizolvate.

Elementul central al acestei metodologii este introducerea coeficientului sinergic (SC), un parametru cantitativ care permite identificarea clară și comparabilă a efectelor sinergice și antagonice. SC descrie variația stabilității termodinamice a unui sistem atunci când un ligand auxiliar este introdus în prezența ligandului principal. Această abordare face posibilă evaluarea directă a modului în care schimbările de pH, concentrație, compoziție chimică sau stabilitate a complexelor formate determină fie creșterea solubilității, fie stabilizarea fazei solide. Introducerea SC reprezintă o inovație conceptuală, deoarece până în prezent sinergismul era descris doar calitativ sau prin interpretări indirecte ale unor date experimentale.

Metodologia a fost aplicată cu succes în două domenii majore. Primul domeniu privește sistemele minerale care conțin fier, unde procesele de dizolvare sunt controlate de echilibre complexe între faza solidă și multiple specii complexe din soluție. Abordarea propusă a demonstrat că sideroforii, combinați cu liganzi auxiliari precum oxalatul, fenatrolinele sau derivații lor sulfonați, pot induce un efect sinergic puternic asupra dizolvării mineralelor de tip goethite, hematite sau 2-line-ferrihydrite. Aceste rezultate au implicații importante pentru mobilitatea metalelor, biodisponibilitatea nutrienților și procesele de remediere a mediului.

Al doilea domeniu de aplicare este solubilizarea farmaceutică, cu accent pe sistemele de tip „medicament–ciclodextrină–acid organic”. Studiul a arătat că sinergismul este un factor esențial în creșterea solubilității unor medicamente greu solubile, precum repaglinida. Introducerea ligandului auxiliar, de exemplu L-arginina, poate produce creșteri substanțiale ale solubilității datorită stabilizării complexe a speciilor ternare. Metodologia termodinamică permite nu doar identificarea condițiilor optime de pH și compoziție, ci și compararea rațională a diferitelor excipienți pentru dezvoltarea unor formulări farmaceutice mai eficiente.

În ansamblu, această investigație contribuie la fundamentarea unei teorii generale a sinergismului chimic în sisteme eterogene, acoperind atât procese naturale esențiale pentru ciclurile biogeochimice, cât și aplicații tehnologice de interes major pentru industria farmaceutică, alimentară și de mediu. Prin capacitatea de a modela predictiv procese complexe, metodologia dezvoltată deschide noi direcții pentru optimizarea tratamentelor de mediu, pentru creșterea eficienței terapeutice și pentru dezvoltarea de materiale și amestecuri funcționale cu proprietăți îmbunătățite.

Raport științific pentru a. 2025