Κατά τη διάρκεια εργαστηριακών πειραμάτων, μια ιδιόμορφη παρατήρηση οδήγησε ερευνητές σε μια τεράστια ανακάλυψη. Μετά από χρόνια προσπαθειών να αναπαραχθεί η συμπεριφορά, να αποκαλυφθεί ο μηχανισμός της και να περιοριστεί το εύρος της, μια διεπιστημονική ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Flinders στην Αυστραλία ανακοίνωσε αυτό που περιγράφει ως μια σημαντική ανακάλυψη: έναν προηγουμένως άγνωστο τύπο αντίδρασης ανταλλαγής δεσμών θείου-θείου.
Αυτή η νέα χημική αντίδραση είναι ιδιαίτερα ξεχωριστή καθώς οι δεσμοί θείου-θείου απαιτούν θερμότητα, φως ή καταλύτες, ώστε να αναδιαταχθούν σε μόρια. Όμως, η νέα αντίδραση μετάθεση τρισουλφιδίου, συμβαίνει χωρίς πρόσθετα αντιδραστήρια ή άλλες εξωτερικές συνθήκες, όπως η θερμότητα και το φως.
Μάλιστα, η νέα χημική αντίδραση συμβαίνει σε θερμοκρασία δωματίου, όταν τα μόρια που περιέχουν αλυσίδες τριών ατόμων θείου (τρισουλφίδια), τοποθετούνται σε συγκεκριμένους διαλύτες.
«Είναι σπάνιο να ανακαλύπτεις μια εντελώς νέα αντίδραση, και ακόμη πιο σπάνιο να είναι χρήσιμη σε τόσους πολλούς τομείς και εφαρμογές», λέει ο χημικός Justin Chalker του Πανεπιστημίου Flinders, επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας που ερευνά τα πολυμερή σουλφιδίου για πάνω από μια δεκαετία.
«Η κατανόηση της νέας αντίδρασης μας επέτρεψε να τη χρησιμοποιήσουμε σε αρκετές εφαρμογές υψηλής αξίας – συμπεριλαμβανομένης της επιλεκτικής τροποποίησης ενός αντικαρκινικού φαρμάκου και της παραγωγής ενός νέου πλαστικού που μπορεί να χυτευθεί, να χρησιμοποιηθεί και στη συνέχεια να «αποκατασκευαστεί» όταν απαιτείται ανακύκλωση».
Οι δεσμοί θείου-θείου είναι απαραίτητοι για μια ευρεία γκάμα μορίων, όπως τα πεπτίδια και οι πρωτεΐνες, τα πολυμερή και φυσικά στα φάρμακα. Για αυτό, ο συγκεκριμένος δεσμός είναι πάρα πολύ χρήσιμος σε μια ευρεία γκάμα εφαρμογών. Αυτές οι αντιδράσεις όμως, χρησιμοποιούνται συχνά σε μοριακές αλυσίδες που περιέχουν δύο άτομα θείου, δηλαδή δισουλφίδια.
Τα οργανικά τρισουλφίδια, στα οποία τρία άτομα θείου σχηματίζουν μια αλυσίδα με διαφορετικό κομμάτι σε κάθε άκρο (συμβολίζεται ως RSSSR, με το R να σημαίνει «υπόλοιπο του μορίου»), είναι μια κατηγορία που έχει μελετηθεί λιγότερο, όμως παραμένει μια ιδιαίτερα σημαντική. Αυτό γιατί έχει μεγάλη χρήση σε προϊόντα με βουλκανισμένο καουτσούκ, αλλά και αντικαρκινικά φάρμακά, μέσα σε πολλά ακόμα.
Όμως, η αναδιάταξη των τρισουλφιδίων είναι μια αρκετά δύσκολη διαδικασία. Προηγούμενη έρευνα διαπίστωσε ότι η ανταλλαγή αυτών των δεσμών θείου συνήθως απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες – συχνά μεταξύ περίπου 80 και 150 βαθμών Κελσίου, ενώ οι αντιδράσεις μπορεί να χρειαστούν ώρες ή και μέρες για να έρθουν σε ισορροπία.
Αυτό πυ είναι εντυπωσιακό με την νέα χημική αντίδραση όμως, είναι πως η μετάθεση τρισουλφιδίου συμπεριφέρεται αρκετά διαφορετικά. Αυτό γιατί σε ορισμένους διαλύτες, οι αλυσίδες θείου ξεκινούν την ανταλλαγή θραυσμάτων σε θερμοκρασία δωματίου και χωρίς την ανάγκη υψηλής θερμοκρασίας, φωτός ή την χρήση κάποιου αντιδραστηρίου.
Όταν η ομάδα μελέτησε πολυμερή που περιέχουν θείο, είδε πως ορισμένα τρισουλφιδιακά μόρια, εμφάνιζαν ταχεία αναδιάταξη, όταν έμπαιναν σε διαλύτες, όπως το διμεθυλοφορμαμίδιο. Πρόκειται για έναν πολύ συνηθισμένοι διαλύτη, που χρησιμοποιείται συχνά σε χημικά πειράματα.
Έτσι, σε αυτή την περίπτωση, αντί να απαιτείται θερμότητα ή καταλύτες, οι αλυσίδες θείου ξεκίνησαν να ανταλλάσσουν κομμάτια από μόνες τους.
Στην αντίδραση, δύο τρισουλφιδικά μόρια μπορούν να ανταλλάξουν τις χημικές ομάδες που συνδέονται με τα άκρα τους, ανταλλάσσοντας ουσιαστικά εταίρους και σχηματίζοντας νέους συνδυασμούς μορίων. Οι χημικοί ονομάζουν αυτό το είδος διαδικασίας ανταλλαγής εταίρου μετάθεση.
Έτσι, ένα ζεύγος μορίων με τη διάταξη
R1–S–S–S–R1
R2–S–S–S–R2
γίνεται
R1–S–S–S–R2
R2–S–S–S–R1
Όταν υπάρχουν οι κατάλληλες συνθήκες, αυτές οι ανταλλαγές γίνονται εντυπωσιακά γρήγορα και σε αρκετές φορές φτάνουν σε ισορροπία σε μόλις λίγα δευτερόλεπτα και μάλιστα σε θερμοκρασία δωματίου. Μάλιστα, αυτή η ανταλλαγή είναι εύκολα αναστρέψιμη.
Γιατί οι «έξυπνες» κάμερες πινακίδων κάνουν λάθη – Πώς μπερδεύονται
Μάλιστα, οι ερευνητές έχουν ήδη ξεκινήσει δοκιμές στην αντίδραση, προσπαθώντας να τροποποιήσουν την αντικαρκινική ένωση καλιχεαμυκίνη. Παράλληλα, την έχουν ήδη χρησιμοποιήσει για να κατασκευάσουν ένα πλαστικό, που είναι κατασκευασμένο από αλυσίδες συνδεδεμένες με τρισουλφιδικούς δεσμούς, οι οποίες εύκολα μπορούν να αποσυναρμολογηθούν δομικά τους στοιχεία.
«Είμαι ενθουσιασμένος που βλέπω πώς αυτή η χημεία υιοθετείται, επεκτείνεται και εφαρμόζεται με τρόπους που δεν έχουμε ακόμη φανταστεί», λέει ο χημικός Harshal Patel του Chalker Lab στο Πανεπιστήμιο Flinders. «Η συνάντηση με μια νέα αντίδραση είναι συναρπαστική και έχουμε ήδη επιδείξει αρκετές σημαντικές εφαρμογές στη βιομοριακή χημεία και τη χημεία των υλικών».
Το γεγονός πως η αντίδραση συμβαίνει πολύ γρήγορα, επιλεκτικά κι το ότι είναι αναστρέψιμη, σημαίνει πως μπορεί να αποτελέσει ένα πολύ δυνατό εργαλείο στα χέρια των χημικών, ώστε να κατασκευάζουν μόρια που αναδιατάσσονται υπό ήπιες και εύκολες συνθήκες. Αυτό θα είναι πολύ χρήσιμο σε διάφορους τομείς σε διάφορους τομείς, όπως η δημιουργία φαρμάκων και η επιστήμη υλικών.
«Νομίζω ότι τα παραδείγματα που έχουμε δείξει για το τι μπορεί να γίνει με αυτή τη χημεία είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου», λέει ο χημικός Tom Hasell του Πανεπιστημίου του Λίβερπουλ στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Chemistry.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
