إكتشاف كيميائي جديد: إضعاف الأواصر القوية

آصرة النيتروجين-هيدروجين (N-H) والعملية تعرف بـ إزدواج البروتون ونقل الألكترون

(proton-coupled electron transfer (PCET.

يقول روبرت نولز الاستاذ المساعد وهو من يقود فريق البحث :”ان كيمياء هذه العملية PCET مثيرة للإهتمام وعلى وجه الخصوص فكرة أمكانية أستخدام عوامل تحفيز Catalysts، لتغيير خاصية جوهريّة في الجزيئة تسمح لنا بالدخول في مجال كيميائي لم نكن قادرين على دخوله بطريقة مختلفة”.

إستخدام مبدأ الـ PCET كطريقة لكسر الأواصر القوية تمت ملاحظته في العديد من الأنظمة البايلوجية، كالتمثيل الضوئي والتنفس، لكن بالرغم من وجود هذه الظاهرة في الكيمياء الحياتية واعدادات الكيمياء اللاعضوية ألا أنها لم تُطبق بصورة موسّعة لخلق جزيئات جديدة وهذا ما  يطمح اليه نولز.

ولأن الحالة مجهولة من الـ PCET قرر نولز سلوك المسلك النظري بدلاً من نَهج التجربة والخطأ، وهذا ما يسلكه الكيميائيون الصناعيون في المراحل الإبتدائية من تطوير تفاعل ما. وبإستخدام معادلة رياضية بسيطة حسب الباحثون لكل زوج من العوامل المُحفزة Catalysts “فعالية قوة الآصرة للزوج التحفيزي مُجتمعة. وهذه قوة أقوى أصرة يرومون كسرها، ولأن كِلا الجُزيئتين يُساهمان في القيمة بصورة مستقلة فالفريق لديه مرونة عالية في تصميم نظام تحفيزي Catalyst system.

إكتشف الباحثون عندما فحصوا المزدوج التحفيزي في المُختبر ارتباطاً واضحاً بين “قوة الآصرة الفعّالة” وفعّالية التفاعل، حيث ان قوة الآصرة الفعالة اعلى او أقل من قوة الآصرة الهدف N-H تعطي ناتج واطئ للتفاعل،  وجد الباحثون أيضاً أن موائمة القُوى يُعزز نواتج أعلى للتفاعُل.

يقول كيلبرت شوي احد الطلبة الباحثين في مختبر نولز:” إن رؤية هذه الصيغة تتفاعل أمر مُلهم حقاً”. وحالما قام بتعريف نظام التحفيز الناجح تطرق الى نطاق التفاعل ووضح ميكانيكيته.

يعتقد الباحثون أن التفاعل يبدأ بأحد العوامل المُحفزة مُركب يسمى (ثنائي بيوتيل الفوسفات) والذي يسحب ذرة هيدروجين، وهذا يؤدي الى إضعاف وتطويل آصرة N-H  وفي نفس الوقت يقوم مُحفز آخر وهو (مُعقد الإيريديوم المُنشط ضوئياً) والذي يستهدف الآصرة المُضعّفة وينتزع ألكتروناً من الآصرة الثنائية الألكترون وهذا سيقطع الآصرة من المُنتصف.

وعندما تنقسم حتى الوسيط النتروجين الفعّال سيشكّل أصرة جديدة كاربون-هيدروجين C-H هذا سيشكل نواتج ذات  طبيعة معقدات بنائية،هذا الإكتشاف تم وفقاً للأبحاث التي جرت في مختبر نولز ونُشرت في دوريّة الجمعية الكيميائية الأمريكية لاحقاً هذا العام بخصوص نظام تحفيزي أكثر حساسية.

هذه الأبحاث قادت الى اكتشافات ثابتة عن مُحفز  الـPCET  وهذه اسست لمنصة لتطوير تفاعلات جديدة

 وفي الختام يقول نولز:”إن رؤيتي الخالصة تتلخص بأن الأفكار أهم من التفاعلات، وأنا متفائل مُستقبلاً سيستخدم البشر هذه الأفكار ويصنعوا بها أشياءاً لم تكن بالحُسبان.