Όλη η ζωή είναι μια ιστορία χημικών αντιδράσεων. Η φωτοσύνθεση -το ίδιο το θεμέλιο της ζωής στη Γη- είναι απλώς το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα που μετατρέπονται σε γλυκόζη και οξυγόνο.
Οι άνθρωποι έχουν κάνει τις δικές τους εκπληκτικές συνεισφορές, όπως η μέθοδος Haber-Bosch του 1909, η οποία οδήγησε στα τεχνητά λιπάσματα και αύξησε δραστικά την παραγωγή τροφίμων στον πλανήτη.
Τώρα, μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Chemistry προσθέτει μια πρωτόγνωρη κατηγορία χημικής αντίδρασης σε αυτή την ήδη ιστορική λίστα. Μένει να δούμε ποια θέση θα πάρει αυτή η ανακάλυψη σε σύγκριση με τις υπόλοιπες χημικές αντιδράσεις ως προς τη σημασία της, αλλά η ικανότητα να σχηματίζονται και να διασπώνται εύκολα οι εξαιρετικά ισχυροί και σταθεροί ομοιοπολικοί δεσμοί θείου-θείου (που συνήθως απαντώνται σε πεπτίδια, πρωτεΐνες, φαρμακευτικά μόρια και πολυμερή) θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στα πάντα, από τα φάρμακα μέχρι την ανακύκλωση πλαστικών.
Μια σπάνια ανακάλυψη με επαναστατικές εφαρμογές
«Είναι σπάνιο να ανακαλύπτει κανείς μια εντελώς νέα αντίδραση, και ακόμη πιο σπάνιο αυτή να είναι χρήσιμη σε τόσους πολλούς τομείς και εφαρμογές», δήλωσε ο Justin Chalker, χημικός στο Πανεπιστήμιο Flinders της Αυστραλίας και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
«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 πρωτοποριακού πλαστικού που μπορεί να μορφοποιηθεί, να χρησιμοποιηθεί και στη συνέχεια να ‘αποσυναρμολογηθεί’ όταν απαιτείται ανακύκλωση».
Για περισσότερο από μια δεκαετία, ο Chalker ερευνά τρόπους ανάπτυξης πιο φιλικών προς το περιβάλλον πολυμερών θείου. Αυτοί οι δεσμοί απαντώνται σε μια ποικιλία υλικών -συμπεριλαμβανομένων των πλαστικών και του βουλκανισμένου καουτσούκ– και οι ισχυροί δεσμοί τους, που είναι και ο λόγος για τον οποίο είναι εξ αρχής τόσο χρήσιμοι, είναι επίσης η αιτία που αυτά τα υλικά είναι ιδιαίτερα δύσκολο να διασπαστούν και να ανακυκλωθούν.
Όμως, στην μελέτη, μια διεθνής και διεπιστημονική ομάδα ανέπτυξε μια “αντίδραση μετάθεσης τρισουλφιδίου“, η οποία σχηματίζει και διασπά αυτούς τους εξαιρετικά ισχυρούς δεσμούς αυθόρμητα μέσα σε δευτερόλεπτα.
Ανταλλαγή τμημάτων σε δευτερόλεπτα και σε θερμοκρασία δωματίου
Η αναδιάταξη των τρισουλφιδίων -σχηματισμοί τριών ατόμων θείου που δημιουργούν μια αλυσίδα με διαφορετικά τμήματα μορίων στα άκρα- απαιτεί συνήθως θερμοκρασίες μεταξύ 80 και 150 βαθμών Κελσίου, σύμφωνα με το Science Alert.
Ωστόσο, η νέα διαδικασία χρησιμοποιεί συγκεκριμένους διαλύτες που μπορούν να εκτελέσουν αυτό το χημικό τέχνασμα σε λίγα μόλις δευτερόλεπτα σε θερμοκρασία δωματίου.
Το κλειδί είναι μια διεργασία στην οποία οι αλυσίδες θείου ουσιαστικά αρχίζουν να ανταλλάσσουν τμήματα -συγκεκριμένα τα προαναφερθέντα τμήματα μορίων στα άκρα- χωρίς την ανάγκη αντιδραστηρίων (ουσιών που συνήθως είναι κρίσιμες για την πυροδότηση χημικών αντιδράσεων).
«Καταφέραμε επίσης να δημιουργήσουμε ανάλογα του πολυαιθυλενίου που μπορούν να κατασκευαστούν, να χρησιμοποιηθούν και στη συνέχεια να ‘αποσυναρμολογηθούν’, έτσι ώστε το πλαστικό να μετατραπεί ξανά στα αρχικά δομικά του στοιχεία», δήλωσε ο Harshal Patel, συγγραφέας της μελέτης από το Πανεπιστήμιο Flinders. «Η χημική ανακύκλωση κλειστού βρόχου είναι μια σημαντική δυνατότητα για την υποστήριξη μιας κυκλικής οικονομίας των πλαστικών».
Ένα συναρπαστικό μέλλον για τη βιομοριακή χημεία
Το γεγονός ότι είναι γρήγορη, αναστρέψιμη και αντιδραστική υπό ήπιες συνθήκες ανοίγει νέες πόρτες για πολλούς κλάδους, και οι συγγραφείς έχουν ήδη αποδείξει ότι η χρήση αυτής της “αντίδρασης μετάθεσης τρισουλφιδίου” μπορεί να βοηθήσει στην τροποποίηση αντικαρκινικών φαρμάκων.
«Είμαι ενθουσιασμένος που θα δω πώς αυτή η χημεία θα υιοθετηθεί, θα επεκταθεί και θα εφαρμοστεί με τρόπους που δεν έχουμε καν φανταστεί ακόμα», δήλωσε ο Patel. «Η ανακάλυψη μιας νέας αντίδρασης είναι συναρπαστική, και έχουμε ήδη επιδείξει αρκετές σημαντικές εφαρμογές στη βιομοριακή χημεία και τη χημεία των υλικών».
