تبدیل کربن دی اکسید به مولکول‌های مفید با الکتروشیمی!

خلاصه:

دانشمندان توانستند به کمک روش‌های الکتروشیمیایی دی اکسید کربن را به مولکول‌هایی با کارایی مفیدتر تبدیل کنند، مانند سنتز پیریدین‌های کربوکسیله که به کمک کربن دی اکسید انجام می‌گیرد. از پیریدین‌های کربوکسیله در تولید مواد شیمیایی کشاورزی به وفور استفاده می‌شود.

این تحقیق گامی کوچک در جهت مهار دی اکسید کربن اضافی برای اهداف عملی است.

تلاش مشترک در شیمی منجر به روشی نوآورانه برای استفاده از دی اکسید کربن به شیوه‌ای مثبت (حتی مفید) شده است: از طریق الکتروسنتز، کربن در یک سری مولکول‌های آلی که نقش مهمی در توسعه داروها بازی می‌کنند، ترکیب می‌شود.

در طول این فرآیند، این تیم به یک کشف خلاقانه دست یافت. با تغییر نوع راکتور الکتروشیمیایی مورد استفاده، آنها توانستند دو محصول مجزا تولید کنند که هر دو در شیمی دارویی مفید هستند.

مقاله این تیم اخیراً در مجله Nature منتشر شده است. نویسندگان ارشد مقاله، Peng Yu، Wen Zhan  و Guo-Quan Sun از دانشگاهSichuan  چین هستند.

تیم کورنل، به سرپرستی Song Lin، استاد شیمی و بیوشیمی در کالج هنر و علوم، قبلاً از فرآیند الکتروشیمی برای بهم چسباندن مولکول‌های کربن ساده و تشکیل ترکیبات پیچیده استفاده کرده است که نیاز به فلزات گران‌بها یا کاتالیزورهای دیگر را از بین برده است.

برای پروژه جدید، آنها هدف خاص‌تری را در نظر گرفتند: پیریدین، هتروسیکل رایج در داروهای مورد تایید FDA. هتروسیکل‌ها ترکیبات آلی هستند که در آنها اتم‌های مولکول‌ها به ساختارهای حلقه‌ای متصل می‌شوند که حداقل یکی از آنها کربن نیست. این واحدهای ساختاری به دلیل حضور مکرر آنها در ترکیبات فعال دارویی به عنوان “فارماکوفور” شناخته می‌شوند. آنها همچنین در مواد شیمیایی کشاورزی یافت می‌شوند.

هدف محققان ساخت پیریدین‌های کربوکسیله، یعنی پیریدین‌هایی با دی اکسید کربن اضافه شده به آنها بود. مزیت وارد کردن دی اکسید کربن به حلقه پیریدین این است که می‌تواند عملکرد یک مولکول را تغییر دهد و به طور بالقوه به آن کمک کند به مولکول‌های خاصی مانند پروتئین متصل شود. با این حال، این دو مولکول از یک گروه آلی نیستند. پیریدین یک مولکول واکنش پذیر است، در حالی که دی اکسید کربن به طور کلی بی اثر و خنثی است.

Lin، نویسنده ارشد این مقاله به همراه Da-Gang Yu از دانشگاه Sichuan گفت: “راه‌های بسیار کمی برای معرفی مستقیم دی اکسید کربن به پیریدین وجود دارد. روش‌های فعلی محدودیت‌های بسیار شدیدی دارند.”

آزمایشگاه Lin تخصص خود را در الکتروشیمی با تخصص گروه یو در استفاده از دی اکسید کربن در سنتز آلی ترکیب کرد و آنها توانستند با موفقیت پیریدین‌های کربوکسیله تولید کنند.

شیمیدانان معمولاً یک واکنش الکتروشیمیایی را به یکی از دو روش انجام می دهند:

1. در یک سلول الکتروشیمیایی تقسیم نشده (که در آن آند و کاتد تامین کننده جریان الکتریکی در یک محلول هستند)
2. در یک سلول الکتروشیمیایی تقسیم شده (که در آن آند و کاتد با یکدیگر از هم جدا می شوند). یک رویکرد ممکن است کارآمدتر از دیگری باشد، اما هر دو یک محصول را تولید می‌کنند.

گروه Lin دریافتند که با تغییر از یک سلول تقسیم شده به یک سلول تقسیم نشده، می‌توانند مولکول دی اکسید کربن را به صورت انتخابی در موقعیت‌های مختلف حلقه پیریدین بچسبانند و دو محصول متفاوت ایجاد کنند:

1. کربوکسیلاسیون C4 در سلول تقسیم نشده
2. کربوکسیلاسیون C5 در سلول تقسیم شده

Lin افزود: “این اولین باری است که متوجه شدیم تنها با تغییر سلول (راکتور الکتروشیمیایی) ، می‌توانیم محصول را کاملاً تغییر ‌دهیم. درک مکانیکی چرایی این اتفاق به ما این اجازه را می‌دهد تا به استفاده از همان استراتژی برای مولکول‌های دیگر، نه فقط پیریدین‌ها، ادامه دهیم، و شاید مولکول‌های دیگر را به این شیوه انتخابی اما کنترل‌شده بسازیم. این یک اصل کلی است که می‌توان آن را به سیستم‌های دیگر تعمیم داد.”

Lin عنوان کرد: “در حالی که شکل استفاده از دی اکسید کربن در این پروژه چالش جهانی تغییرات آب و هوایی را حل نمی کند، اما یک گام کوچک در جهت استفاده از دی اکسید کربن به حساب می‌آید.”

این مطالعه توسط انستیتو ملی General Medical Sciences، Eli Lilly، Cornell و Sloan Foundation تأمین مالی شد.

همچنین بخوانید:

• آلودگی هوای ناشی از ترافیک باعث افزایش خطر زوال عقل می‌شود!
• این سبزیجات را بخورید تا سموم آلودگی هوا را در بدنتان کاهش دهید
• افزایش خطر بیماری های قلبی عروقی توسط آلودگی هوا

منبع

مترجم: امید آهنگریان ابهری