Wyjątkowe odkrycie w chemii cząsteczek bioorganicznych

Dr inż. Mikołaj Janicki oraz dr hab. inż. Rafał Szabla z Wydziału Chemicznego PWr odkryli zupełnie nową klasę reakcji chemicznych o wyjątkowym znaczeniu w chemii cząsteczek bioorganicznych. Swoje wyniki opisali w prestiżowym „Angewandte Chemie International Edition”.

Odkrycie chemików kwantowych z Instytutu Materiałów Zaawansowanych Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej, opisane w publikacji „Chalcogen bonds enable efficient photoreduction of sulfur-containing heterocycles” (Wiązania chalkogenowe umożliwiają skuteczną fotoredukcję heterocykli zawierających siarkę), ma znaczący potencjał dla rozwoju nowych ścieżek syntezy organicznej.

– Jest to specyficzny przypadek tzw. chemii fotoredoks, czyli reakcji chemicznych inicjowanych światłem, które wiążą się z przeniesieniem elektronu pomiędzy dwoma cząsteczkami lub pomiędzy dwoma fragmentami tej samej cząsteczki – tłumaczy dr Rafał Szabla.

Naukowcy z Wydziału Chemicznego PWr jako pierwsi wykazali, że tego typu procesy mogą być umożliwione przez wyjątkowy rodzaj oddziaływań międzycząsteczkowych. Chodzi o tzw. oddziaływania chalkogenowe, które mogą powstawać pomiędzy dwoma atomami siarki (S—S) znajdującymi się w dwóch różnych molekułach.

– Wytworzenie się takich oddziaływań w roztworze może pozwolić na wysoce selektywną reakcję zrywającą wiązania w obrębie konkretnego fragmentu cząsteczki przyjmującej elektron, gdzie swoistym „włącznikiem” inicjującym ten proces jest naświetlanie promieniowaniem UV – wyjaśnia dr Mikołaj Janicki.

Cały zaobserwowany proces można obejrzeć na grafice, gdzie znajduje się występujący w naturze wodorosiarczek (HS-) oraz związek organiczny, zawierający pierścienie aromatyczne, zdolny do absorpcji promieniowania UV.

Dzięki oddziaływaniom chalkogenowym (zielona linia) pomiędzy atomami siarki obie te struktury chemiczne tworzą stabilną parę molekuł.

– Taki kompleks chemiczny jest niereaktywny chemiczne. Natomiast kiedy naświetli się go promieniowaniem UV, następuje ultraszybki transfer elektronu z wodorosiarczku do związku organicznego, co prowadzi do dalszych selektywnych transformacji chemicznych – opowiada dr Janicki.

Otwarte drzwi dla kolejnych odkryć

Odkrycie to było zainspirowane eksperymentalnymi badaniami zespołu prof. Johna Sutherlanda z MRC Laboratory w Cambridge, z którym badacze z W3 opublikowali w 2020 r. wspólną pracę w „Nature”.

– Warto dodać, że nasze badania, poza znaczącym potencjałem dla syntezy organicznej, wyjaśniają także wyjątkową selektywność reakcji chemicznych, które mogły doprowadzić do powstania cegiełek budujących DNA i RNA na młodej Ziemi. Ich prowadzenie było możliwe dzięki środkom pozyskanym przez dr. Janickiego w ramach grantu „Preludium” od Narodowego Centrum Nauki oraz dzięki wykorzystaniu mocy obliczeniowej naszego Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego – informuje dr Rafał Szabla.

Dr Szabla i dr Janicki podkreślają, że istotnym rezultatem ich pracy jest także zaproponowanie konkretnych kryteriów, których spełnienie umożliwia zaistnienie podobnych reakcji fotoredoks.

– W przyszłości może to pozwolić na zidentyfikowanie nowych szlaków syntezy chemicznej wykorzystujących to zjawisko – wskazują naukowcy.

„Angewandte Chemie International Edition”, w którym ukazała się publikacja z PWr, to jedno z najbardziej prestiżowych i wpływowych czasopism naukowych zajmujących się tematyką związaną z chemią.

– Rzadko jednak są tu publikowane artykuły czysto obliczeniowe czy teoretyczne, a często badania opisujące wyniki osiągnięte przez kilka zespołów naukowych. Warto więc tym bardziej podkreślić, że w naszym przypadku w przygotowanie publikacji zaangażowanych było jedynie dwóch autorów i obaj są z Politechniki Wrocławskiej – mówi dr Rafał Szabla.

Źródło: Politechnika Wrocławska

Czytaj także: Jak poprawić efektywność nanodrutów GaN?