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.

Rezumatul activității și a rezultatelor obținute în proiect în anul 2025

Scopul proiectului a fost investigarea fenomenului de sinergism în procese chimice complexe printr-o abordare termodinamică riguroasă, cu aplicații în chimie, biochimie, știința mediului și domeniile farmaceutic și medical. Cercetările au vizat elucidarea mecanismelor interacțiunilor sinergice și antagonice, identificarea condițiilor care favorizează sau inhibă aceste efecte și promovarea utilizării amestecurilor sinergice ca alternative sustenabile la reactanții individuali costisitori. Prin dezvoltarea unor modele predictive, proiectul a urmărit optimizarea proceselor chimice și reducerea impactului asupra mediului.

Elementul central al metodologiei l-a constituit introducerea coeficientului sinergic (SC), un parametru termodinamic cantitativ care permite identificarea, compararea și cuantificarea directă a efectelor sinergice și antagonice. Coeficientul descrie modificarea stabilității sistemului la introducerea unui ligand auxiliar în prezența ligandului principal și oferă o evaluare numerică a influenței pH-ului, compoziției chimice, concentrațiilor și stabilității complecșilor asupra solubilității și echilibrului fazelor. Definirea SC reprezintă o contribuție conceptuală originală, deoarece sinergismul era anterior descris preponderent calitativ.

Metodologia a fost validată în trei direcții aplicative majore. În extracția lichid–lichid a metalelor, modelarea termodinamică a permis prezicerea domeniilor de pH și compoziție în care apar sinergismul și antagonismul, precum și optimizarea combinațiilor de extractanți, demonstrată pe sisteme model de tip Zn²⁺–ligand chelator–TBP. În sistemele minerale care conțin fier, s-a demonstrat că sideroforii, în combinație cu liganzi auxiliari (oxalat, fenantrolină și derivați sulfonici), induc dizolvarea sinergică a mineralelor precum goethit, hematit și ferrihidrit, cu implicații directe asupra mobilității metalelor, fertilității solului și proceselor de remediere a mediului. În domeniul farmaceutic, studiile asupra sistemelor „medicament–ciclodextrină–ligand auxiliar” au arătat că formarea complecșilor ternari crește semnificativ solubilitatea medicamentelor slab solubile, permițând proiectarea rațională a formulărilor și reducerea costurilor experimentale.

În ansamblu, rezultatele proiectului au furnizat un cadru teoretic unificat, predictiv și transferabil, cu aplicabilitate interdisciplinară, contribuind la dezvoltarea unor tehnologii chimice mai eficiente, sustenabile și competitive.

Raport științific pentru a. 2024

Raport științific final