„Descoperire majoră”: După ani de cercetări, oamenii de știință au găsit o nouă reacție chimică

O observație neobișnuită în timpul experimentelor de laborator a condus cercetătorii la descoperirea unei noi reacții chimice. După ani de încercări de a reproduce comportamentul observat, de a-i înțelege mecanismul și de a-i stabili limitele, o echipă interdisciplinară condusă de Flinders University a anunțat ceea ce descriu ca o descoperire majoră: un tip de reacție de schimb de legături sulf-sulf, până acum necunoscută, scrie Science Alert.

Ceea ce face această reacție remarcabilă este că legăturile sulf-sulf necesită de obicei căldură, lumină sau catalizatori pentru a se rearanja în molecule. Noua reacție, denumită „metateză de trisulfide”, are loc fără reactivi suplimentari sau alte intervenții externe.

În schimb, reacția apare spontan la temperatura camerei atunci când moleculele care conțin lanțuri de trei atomi de sulf – trisulfide – sunt plasate în anumite solvenți.

„Este rar să descoperi o reacție complet nouă și și mai rar ca aceasta să fie utilă în atât de multe domenii și aplicații”, spune chimistul Justin Chalker de la Flinders University, autor senior al lucrării, care cercetează polimerii de sulf de peste un deceniu.

„Înțelegerea acestei reacții ne-a permis să o folosim în mai multe aplicații importante – inclusiv modificarea selectivă a unui medicament anti-tumoral și producerea unui plastic inovator care poate fi modelat, utilizat și apoi „demontat” pentru reciclare”.

Legăturile sulf-sulf sunt esențiale pentru multe molecule, inclusiv peptide, proteine, polimeri și medicamente. Parte din utilitatea lor constă în capacitatea de a se rupe și reformula ca răspuns la diverse stimuli. În mod tradițional, reacțiile folosesc lanțuri moleculare cu doi atomi de sulf – disulfide.

Trisulfidele organice, în care trei atomi de sulf formează un lanț cu fragmente diferite la capete (notate R-S-S-S-R, cu R însemnând „restul moleculei”), sunt mai puțin studiate, dar tot importante. Ele sunt folosite în produse precum cauciuc vulcanizat și medicamente anti-tumorale.

Însă a determina trisulfidele să se rearanjeze a fost dificil până acum. Cercetările anterioare arătau că schimbul acestor legături sulf necesită temperaturi ridicate – între aproximativ 80 și 150 °C – iar reacțiile puteau dura ore sau zile până la echilibru.

Noua reacție de metateză a trisulfidelor se comportă foarte diferit. În anumiți solvenți, lanțurile de sulf încep să-și schimbe fragmentele în câteva secunde la temperatura camerei, fără căldură, lumină sau reactivi suplimentari.

În timp ce studiau polimeri care conțin sulf, echipa a observat că anumite molecule de trisulfid se rearanjau rapid când erau dizolvate în solvenți precum dimetilformamidă, frecvent folosit în experimente chimice.

În reacție, două molecule de trisulfid pot schimba grupurile chimice de la capete, formând noi combinații de molecule. Chimiștii numesc acest proces de schimbare „metateză”.

De exemplu, o pereche de molecule cu structura:

R1–S–S–S–R1

R2–S–S–S–R2

devine

R1–S–S–S–R2

R2–S–S–S–R1

În condițiile potrivite, schimbul are loc foarte rapid, uneori atingând echilibrul în secunde la temperatura camerei, și este ușor reversibil.

Cercetătorii au testat deja reacția, folosind-o pentru a modifica compusul anti-tumoral calicheamicin. De asemenea, au construit un plastic format din lanțuri conectate prin legături trisulfidice care poate fi ușor dezasamblat în blocurile sale componente.

„Sunt entuziasmat să văd cum această chimie va fi adoptată, extinsă și aplicată în moduri încă neimaginate”, spune chimistul Harshal Patel de la laboratorul Chalker, Flinders University. „Descoperirea unei reacții noi este captivantă, iar noi am demonstrat deja câteva aplicații semnificative în chimia biomoleculară și a materialelor”.

Fiind rapidă, selectivă și reversibilă, reacția poate oferi chimiștilor o nouă metodă de a construi molecule care se pot rearanja în condiții blânde, utilă în domenii precum descoperirea de medicamente sau știința materialelor.

„Cred că exemplele pe care le-am arătat reprezintă doar vârful aisbergului pentru ceea ce poate fi realizat cu această chimie”, spune chimistul Tom Hasell de la University of Liverpool.

Cercetarea a fost publicată în Nature Chemistry.