في عالم الكيمياء الحديثة، تلعب المحفزات الضوئية دورًا حيويًا في تسريع التفاعلات الكيميائية. ومع تزايد الحاجة إلى بدائل مستدامة، يظهر الحديد كخيار واعد يتفوق على المعادن النادرة.
يتفوق الحديد على المعادن النادرة في تقدم كيميائي مذهل
المحفزات الضوئية هي مواد تمتص الضوء وتستخدم تلك الطاقة لتحفيز التفاعلات الكيميائية. في التخليق العضوي، تعد المحفزات الضوئية ذات الأساس المعدني ذات قيمة خاصة لأنها متينة ويمكن تخصيصها. ومن خلال ضبط الروابط المرتبطة بذرة المعدن المركزية، يستطيع الكيميائيون ضبط سلوك المحفز.
بدائل الحديد في المحفزات الضوئية
العديد من معادن المحفز الضوئي المستخدمة على نطاق واسع، بما في ذلك الروثينيوم والإيريديوم، نادرة ومكلفة. قدم الباحثون في جامعة ناغويا في اليابان سابقًا بديلاً يعتمد على الحديد، لكن تلك النسخة السابقة اعتمدت على كميات كبيرة من الروابط اللولبية المكلفة. تعمل هذه الروابط كدليل مكاني، حيث تحدد الترتيب ثلاثي الأبعاد للمنتجات الكيميائية النهائية.
تقدم البحث في المحفزات الحديدية
وفي دراسة نشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، كشف الفريق عن محفز حديدي مُعاد تصميمه يقلل من استخدام الروابط اللولبية اللولبية بمقدار الثلثين. ويعمل النظام أيضًا تحت ضوء LED الأزرق الموفر للطاقة، مما يجعل ظروف التفاعل أكثر عملية وربما أكثر استدامة.
التوليف الكلي غير المتماثل لـ (+) – هيتزياميد أ
مع هذا المحفز المحسن، أكمل العلماء التوليف الكلي غير المتماثل لـ (+) – هيتزياميد أ. ومن المعروف أن هذا المركب الطبيعي، الموجود في النباتات الطبية، يقمع رشقات الجهاز التنفسي. أجرى البحث البروفيسور كازواكي إيشيهارا، والأستاذ المساعد شوهي أومورا، وطالب الدراسات العليا هاياتو أكاو في كلية الدراسات العليا للهندسة بجامعة ناغويا.
تصميم محفز الحديد الأكثر ذكاءً
في عملهم في عام 2023، أنشأ الباحثون محفزًا ضوئيًا حديديًا يشتمل على ثلاث روابط حلزونية لكل ذرة حديد. ومع ذلك، فإن واحدة فقط من تلك الروابط ساهمت فعليًا في الانتقائية التماثلية، مما جعل النهج غير فعال.
تحسين الأداء التحفيزي
يستخدم المحفز المطور حديثًا تصميمًا أكثر إستراتيجية. فهو يجمع بين بروابط ثنائية المسننة غير الميسورة التكلفة مع بروابط كيرالية لتشكيل بنية ملح محددة من الحديد (III). تقوم الربيطة اللاكيرالية بتوجيه التكوين ثلاثي الأبعاد للمنتج، في حين تعمل الربيطة ثنائية المسننة اللاكيرالية على تحسين الأداء التحفيزي.
اقرأ أيضًا...
الآثار المترتبة على الكيمياء الصيدلية
يتيح المحفز الضوئي الحديدي الجديد إمكانية بناء جزيئات معقدة، بما في ذلك السلائف الصيدلانية، باستخدام الحديد الوفير ومصابيح LED الزرقاء بدلاً من المعادن النادرة.
وقال إيشيهارا، المؤلف الآخر للدراسة: “إن تحقيق أول تخليق كلي غير متماثل لـ (+) – هيتزياميد A باستخدام هذا التفاعل التحفيزي يعد إنجازًا رائعًا”. “يمكن الوصول إلى العديد من المواد النشطة بيولوجيًا الإضافية من خلال التوليف الكلي، مع الإضافة الحلقية الكاتيونية الجذرية الانتقائية (4 + 2) بمثابة خطوة رئيسية. ونحن نعتزم نشر أوراق متابعة حول التوليف الكلي غير المتماثل لهذه المركبات في المستقبل القريب.”
المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily
تعد هذه الاكتشافات خطوة مهمة نحو مستقبل أكثر استدامة في الكيمياء، مما يفتح آفاقًا جديدة لتطوير مواد فعالة وصديقة للبيئة. تابعونا لمزيد من التحديثات حول الأبحاث في هذا المجال.
