Hrvatski naučnici s Instituta Ruđer Bošković su nedavno pronašli način kako da zamijene atome “običnog” vodika atomima deuterijuma koji je jedna izotopska inačica vodika. Podsjetimo se – atom običnog, najčešćeg vodika ima jedan proton i jedan elektron, ali nema neutrona u jezgri. Atom deuterijuma ima i jedan neutron. Oblici atoma koji imaju isti broj protona, ali se razlikuju u broju atoma, nazivaju se izotopi. Ponekad se čini kako na Nauka Govori nema dovoljno članaka o hemiji, kao da se tu ništa ne dešava, pa evo jedan.
Molekule, ti nevidljivi graditelji svakodnevnog svijeta, često čine ključnu razliku u svojim svojstvima, a naučnici s Instituta Ruđer Bošković (IRB) upravo su napravili korak naprijed u njihovoj manipulaciji. U članku objavljenom u uglednom časopisu Inorganic Chemistry Frontiers, istraživački tim predvođen zelenim hemičarima iznio je revolucionarnu metodu za preciznu zamjenu vodikovih atoma u molekulama, koristeći pritom čvrsto stanje i energijski učinkovite tehnike. Atomi običnog vodika, bez neutrona, zamijenjeni su atomima izotopa deuterijuma.
Molekule, kao minijaturni strojevi sastavljeni od atoma, čine temelj svega oko nas – od vode do plastike. No, šta ako bismo mogli poboljšati ili promijeniti njihova svojstva, stvarajući tako nove materijale ili moćnije lijekove? Tim s Ruđera upravo je otvorio vrata ovakvim mogućnostima koristeći zelenu hemiju i inovativne metode u čvrstom stanju.
Središnji element ove priče je deuterijum, izotop vodika, čija selektivna zamjena vodika u molekulama donosi specifične verzije s različitim svojstvima. To postaje ključno u medicinskim i naučnim krugovima, posebno nakon odobrenja prvog deuteriranog lijeka 2019. godine za tretman Huntingtonove bolesti. Deuterijum u molekulama lijekova može poboljšati njihovu efikasnost i smanjiti nuspojave, otvarajući nove horizonte u razvoju terapija.
Za izvođenje ovog procesa, naučnici su koristili molekule s ugrađenim paladijumom, molekularnim saobraćajcem koji usmjerava atome deuterijuma tačno tamo gdje su potrebni. Ključna razlika je u tome što su ovu zamjenu provodili u čvrstom stanju, bez otapala, čineći proces čišćim i ekološki prihvatljivijim. Ne samo da je postupak efikasan, već se odvija na sobnoj temperaturi, suprotno tradicionalnim metodama koje zahtijevaju visoke temperature i velike količine energije.
Ovaka način hemijske sinteze molekula pripada području zelene hemije, grane hemije koja se fokusira na razvoj ekološki prihvatljivih i održivih hemijskih procesa, proizvoda i materijala radi smanjenja negativnog utjecaja na okoliš.
Hemijske reakcije u čvrstom stanju odvijaju se kada tvari reaguju bez prelaska u tekuće ili plinovito stanje, zadržavajući čvrsto agregatno stanje. Ovaj pristup, poznat kao mehanohemija, omogućuje reakcije pri sobnoj temperaturi bez korištenja otapala, čineći proces čišćim i energetski efikasnijim. Inače upravo su otapala u hemijskoj industriji ono što se često ispušta u okoliš i zagađuje. Ovdje se mehanička energija koristi za pobudu hemijskih promjena.
Dr. sc. Marina Juribašić Kulcsár, koautorica na radu, pojašnjava: “Korištenjem paladijuma za aktivaciju specifičnih veza u molekulama, a zatim primjenjujući ranije razvijene metode, uspjeli smo selektivno zamijeniti vodik deuterijem. Kao izvor deuterijuma poslužio nam je lako dostupan l-cistein, aminokiselina prisutna u raznim biljnim i životinjskim proteinima.”
Važnost ovog istraživanja leži ne samo u njegovim impresivnim rezultatima već i u otvaranju novih perspektiva za zamjenu atoma u širokom spektru organskih spojeva. Ovaj napredak obećava revoluciju u nauci i industriji, posebno u proizvodnji lijekova i razvoju novih materijala.
Iza ovih fascinantnih otkrića stoji tim naučnika s IRB-a, čije su metode omogućile preciznu manipulaciju molekulama. Osim dr. sc. Marine Juribašić Kulcsár, uključeni su i dr. sc. Stipe Lukin, dr. sc. Alen Bjelopetrović, dr. sc. Dajana Barišić, dr. sc. Ivan Halasz i dr. sc. Manda Ćurić.
Tim iza rada
Ovo istraživanje ostvareno je unutar projekata Hrvatske zaklade za znanost pod nazivima ”Mehanokemijska aktivacija i funkcionalizacija veze C–H potaknuta paladijumom i usmjerena ligandom (MechFunChem)” i ”Sistematika mehanizama u bezotopinskoj ili tekućinski kataliziranoj sintezi u čvrstom stanju (SystForSynt)”. S ovim inovativnim pristupom zelene hemije, naučnici su zakoračili u novu eru molekularnog dizajna, otvarajući vrata održivijoj i efikasnijoj budućnosti.
Izvor: Institut Ruđer Bošković,
Prepričano i prilagođeno by Jelena Kalinić
Naslovna slika je urađena iz pomoć AI
