Ερευνητές του Penn State ανέπτυξαν ένα συνθετικό μόριο που μιμείται τη λειτουργία ενός φυσικού ενζύμου και μπορεί να πραγματοποιεί χημικές αντιδράσεις χρησιμοποιώντας οξυγόνο, ενώ ως απόβλητο παράγει μόνο νερό.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Journal of the American Chemical Society, θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη πιο βιώσιμων μεθόδων για τη βιομηχανική χημεία και την παραγωγή φαρμάκων.
Το οξυγόνο αποτελεί βασικό παράγοντα σε πολλές χημικές αντιδράσεις, από την κυτταρική αναπνοή έως την καύση. Ωστόσο, η ιδιαίτερη ηλεκτρονική του δομή το καθιστά σχετικά δύσκολο να αντιδράσει με οργανικές ενώσεις χωρίς κατάλληλη ενεργοποίηση.
Στη φύση, ειδικά ένζυμα μπορούν να ενεργοποιούν το οξυγόνο αναδιατάσσοντας τα ηλεκτρόνιά του. Η ομάδα του Jonathan Kuo προσπάθησε να αναπαράγει αυτή τη λειτουργία με ένα συνθετικό σύστημα.
Αλλαγή στη δομή των οργανικών ενώσεων
Το συνθετικό «ένζυμο» μιμείται ένα φυσικό ένζυμο που ονομάζεται extradiol dioxygenase. Η αντίδραση στοχεύει την κατεχόλη, μια οργανική ένωση που περιέχει έναν εξαμελή αρωματικό δακτύλιο.
Το σύστημα εισάγει ένα άτομο οξυγόνου στον δακτύλιο και τον μετατρέπει σε επταμελή δομή. Η νέα δομή είναι λιγότερο σταθερή και μπορεί να προσφέρει περισσότερες δυνατότητες για περαιτέρω χημικές μετατροπές.
Γιατί χρησιμοποιήθηκε ιρίδιο
Τα φυσικά ένζυμα χρησιμοποιούν μέταλλα όπως ο σίδηρος, το κοβάλτιο ή το μαγγάνιο. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αντ’ αυτού ιρίδιο, ένα ευγενές μέταλλο που αντιδρά λιγότερο ανεξέλεγκτα με το οξυγόνο.
Αυτό μπορεί να κάνει τα συνθετικά συστήματα πιο σταθερά και ευκολότερα στη μελέτη.
Κάθε αντίδραση καταναλώνει ένα μόριο οξυγόνου και παράγει ένα μόριο νερού, χωρίς σημαντικά παραπροϊόντα. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η προσέγγιση αυτή μπορεί να αποτελέσει βάση για μια πιο βιώσιμη χημεία, εμπνευσμένη από τον τρόπο με τον οποίο η φύση αξιοποιεί αποτελεσματικά την ύλη.