Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Μια νέα μελέτη λύνει ένα πάζλ που είχε προβληματίσει τους επιστήμονες και μπορεί να αναδιαμορφώσει τη σύγχρονη παραγωγή φαρμάκων, καθώς ο κόσμος μαστίζεται από μια παγκόσμια έλλειψη πετρελαίου.
Κινέζοι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν τρόπο να μετατρέψουν τον φθηνό άνθρακα σε πολύτιμα συστατικά για την ιατρική. Αυτή ήταν κάποτε μια μακρά και δύσκολη διαδικασία, αλλά τώρα έχει βρεθεί μια εκπληκτική συντόμευση. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 16 Μαρτίου στο περιοδικό Nature, η ομάδα του Jiao Ning στο Πανεπιστήμιο του Πεκίνου έλυσε ένα χημικό πάζλ που είχε μπερδέψει τους επιστήμονες για πάνω από 160 χρόνια.
Μετέτρεψαν με επιτυχία φθηνές και άμεσα διαθέσιμες βιομηχανικές πρώτες ύλες – ολεφίνες – σε αλκίνια υψηλής αξίας υπό ήπιες και αποτελεσματικές συνθήκες. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη όχι μόνο φέρνει επανάσταση στις έννοιες της μοριακής σύνθεσης, αλλά ανοίγει επίσης μια πύλη για τη χημική βιομηχανία άνθρακα της Κίνας ώστε να επεκταθεί στην παραγωγή χημικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας.
Αυτό αποτελεί παράδειγμα της στρατηγικής σκέψης που έχει καθοδηγήσει τη χημική βιομηχανία της Κίνας τα τελευταία χρόνια: χωρίς να χρειάζεται περισσότερο πετρέλαιο, η χημική βιομηχανία της μπορεί να βελτιωθεί και να δημιουργήσει μεγαλύτερη αξία μέσω νέων ιδεών. Για να κατανοήσει κανείς τη σημασία αυτού του επιτεύγματος, πρέπει πρώτα να κατανοήσει δύο θεμελιώδη δομικά στοιχεία της οργανικής χημείας: τις ολεφίνες και τα αλκίνια.
Οι ολεφίνες είναι ενώσεις που περιέχουν έναν διπλό δεσμό άνθρακα – άνθρακα. Αυτός ο δεσμός, δομικά παρόμοιος με μια «καμπύλη γραμμή», είναι σχετικά αντιδραστικός. Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι ολεφίνες όπως το αιθυλένιο και το προπυλένιο παράγονται σε μεγάλη κλίμακα και με χαμηλό κόστος, συχνά μετά από θέρμανση πετρελαίου. Στην Κίνα, παρασκευαζονται επίσης από άνθρακα, χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που μετατρέπει τον άνθρακα σε μεθανόλη και στη συνέχεια σε ολεφίνες. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την Κίνα, επειδή η χώρα έχει άφθονο άνθρακα αλλά πολύ λίγο πετρέλαιο.
Τα αλκίνια, από την άλλη πλευρά, διαθέτουν τριπλό δεσμό άνθρακα – άνθρακα. Αυτός ο τριπλός δεσμός δημιουργεί μια γραμμική δομή με μοναδική αντιδραστικότητα και γεωμετρία, καθιστώντας την κρίσιμη μονάδα για την παρασκευή σύνθετων φαρμάκων όπως η αντιβακτηριακή ρεταπαμουλίνη, η αντιιική γκραζοπρεβίρη και το αντικαρκινικό φάρμακο ερλοτινίμπη, καθώς και κοινά ζιζανιοκτόνα και εντομοκτόνα.
Στην ουσία, οι ολεφίνες είναι άφθονες και φθηνές, ενώ τα φυσικώς απαντώμενα αλκίνια είναι σπάνια. Τα αλκίνια λαμβάνονται κυρίως μέσω σύνθετης χημικής σύνθεσης, με αποτέλεσμα περιορισμένες αποδόσεις και υψηλό κόστος, ενώ οι εταιρείες φαρμάκων και υλικών τα χρειάζονται επειγόντως. Έτσι, η μετατροπή φθηνών ολεφινών σε πολύτιμα αλκίνια θα απέφερε αναμφίβολα τεράστια οικονομικά οφέλη.
Η ιδέα της μετατροπής ολεφινών σε αλκίνια εμφανίστηκε για πρώτη φορά το 1861. Ωστόσο, οι παραδοσιακές μέθοδοι απαιτούσαν ακραίες συνθήκες όπως υψηλές θερμοκρασίες και ισχυρές βάσεις – παρόμοιες με το σπάσιμο ενός καρυδιού με βαριοπούλα.
Αυτές οι σκληρές συνθήκες όχι μόνο ήταν αναποτελεσματικές, αλλά κατέστρεφαν επίσης και άλλες ευαίσθητες «λεπτές δομές» μέσα στο μόριο, περιορίζοντας σοβαρά την πρακτική τους εφαρμογή. Για πάνω από 160 χρόνια, αυτό παρέμενε μια άλυτη πρόκληση.
Αντί να κάνει μικρές βελτιώσεις στις παλιές μεθόδους, η ομάδα του Jiao χάραξε μια νέα πορεία αναβιώνοντας ένα ξεχασμένο ειδικό αντιδραστήριο: το σεληνανθρένιο.
Η χημική αυτή ουσία παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1896, αλλά είχε αγνοηθεί για πάνω από 130 χρόνια. Κανείς δεν την είχε χρησιμοποιήσει ποτέ σε καμία συνθετική αντίδραση. Μετά από χρόνια μελέτης, η ομάδα διαπίστωσε ότι είχε μια ιδιαίτερη ικανότητα: μπορούσε εύκολα να προσκολληθεί σε μια ολεφίνη, να αλλάξει τη δομή της και στη συνέχεια να αποκολληθεί χωρίς να αφήσει τίποτα πίσω.
Η ομάδα δημιούργησε μια νέα μέθοδο που επανέφερε σε χρήση αυτή την παλιά χημική ουσία. Η διαδικασία λειτουργεί σαν προσεκτική χειρουργική επέμβαση σε μοριακό επίπεδο.
Αρχικά, η χημική ουσία προσκολλάται στον διπλό δεσμό της ολεφίνης. Στη συνέχεια, υπό ήπιες συνθήκες, αναδιαμορφώνει το μόριο, μετατρέποντας τον καμπυλωτό δεσμό σε ευθύγραμμο. Μετά την ολοκλήρωση αυτής της αλλαγής, η χημική ουσία μπορεί να αφαιρεθεί από το μόριο – στόχο και να ανακτηθεί για επαναχρησιμοποίηση. Αυτή η τεχνολογία δεν είναι μόνο ήπια, αλλά και εξαιρετικά αποτελεσματική και πρακτική. Μπορεί επίσης να διαχωρίσει διαφορετικές μορφές του ίδιου μορίου. Αυτός ο έλεγχος του τρισδιάστατου σχήματος ενός μορίου βοηθά τους επιστήμονες να φτιάχνουν φάρμακα που λειτουργούν με τον σωστό τρόπο.
Το επιστημονικό επίτευγμα λύνει ένα πρόβλημα που ταλαιπωρούσε τους χημικούς για 160 χρόνια. Αλλά για την Κίνα, ο βιομηχανικός αντίκτυπος είναι ακόμη πιο σημαντικός. Αυτή η έρευνα παρέχει την βασική τεχνολογία για να μετατρέψει πραγματικά τον άνθρακα σε χρυσό.
Η Κίνα είχε ήδη έναν τρόπο να μετατρέψει τον άνθρακα σε ολεφίνες. Αυτό βοήθησε στη μείωση των αναγκών της χώρας για εισαγόμενο πετρέλαιο. Αλλά αυτές οι ολεφίνες χρησιμοποιούνταν κυρίως για την κατασκευή φθηνών πλαστικών.
Η ανακάλυψη του Jiao ανοίγει μια νέα πορεία προς τα εμπρός. Αυτά τα ίδια υλικά με βάση τον άνθρακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή χημικών ουσιών υψηλής αξίας, ιδίως συστατικών για νέα φάρμακα. Αυτό σημαίνει ότι ο άνθρακας μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή βασικών μορίων φαρμάκων για τον καρκίνο καθώς και αντιιικων που αξίζουν πολύ περισσότερο.
Ωστόσο, η διαδρομή από την εργαστηριακή ανακάλυψη έως τη βιομηχανική εφαρμογή απαιτεί χρόνο. Ένας εμπειρογνώμονας με έδρα το Πεκίνο, ο οποίος μίλησε υπό τον όρο της ανωνυμίας, υποστήριξε ότι κατά την κλιμάκωση αυτής της τεχνολογίας για βιομηχανική παραγωγή μεγάλης κλίμακας, ενδέχεται να προκύψουν προκλήσεις όπως το φαινόμενο κλιμάκωσης και θα πρέπει να δοκιμαστούν περαιτέρω στην πράξη.
Πηγή: South China Morning Post
