وهذا هو أول استخدام لهذه الأملاح على الإطلاق لتحويل السكريات إلى مجموعة متنوعة من المركبات الكيميائية لإنتاج الوقود الحيوي
اكتشف علماء من معهد سنغافورة للهندسة الحيوية وتكنولوجيا النانو خصائص جديدة لأملاح إيميدازوليوم تشير إلى أنها يمكن أن تلعب دورًا حيويًا في الوقاية من الأمراض وعلاجها. تم نشر المقال الخاص بخصائص الأكسدة والاختزال لهذه الأملاح في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society.
وفي دراسة منفصلة نشرت في مجلة Angewandte Chemie International Edition، نشر الباحثون أول استخدام على الإطلاق لهذه الأملاح لتحويل السكريات إلى مجموعة متنوعة من المركبات الكيميائية لإنتاج الوقود الحيوي.
استخدم الباحثون هذه الأملاح بنجاح لتطوير نظام تحفيزي لتحويل السكريات إلى مادة تسمى 5-هيدروكسي ميثيل فورفورال (HMF)، وهو مركب رئيسي يستخدم في كيمياء الوقود الحيوي وصناعة النفط.
وفي دراسة نشرت في المجلة الأولى، وصف الباحثون كيف استخدموا هذه الأملاح لتصنيع جزيئات الذهب النانوية الموحدة بنجاح في ثوانٍ في درجة حرارة الغرفة. وظلت أنحف الجسيمات النانوية (1-2 نانومتر) مستقرة لمدة تصل إلى ستة أشهر عند أربع درجات مئوية.
على عكس طرق التخليق الشائعة التي تستخدم عمليات الأكسدة والاختزال باستخدام البوران أو البوروهيدريدات، فإن طريقة الأملاح لا تتطلب عوامل الأكسدة والاختزال القوية وفي نفس الوقت تقوم بتكوين جسيمات الذهب النانوية في ظل ظروف لطيفة وبكفاءة عالية. يمكن استخدام طريقة التركيب الحساسة للأملاح بسهولة في التطبيقات الصناعية.
أملاح الإيميدازوليوم هي سوائل أيونية في درجة حرارة الغرفة، مستقرة كيميائيا وذات ضغط بخار منخفض، وتستخدم كمذيبات في التفاعلات العضوية المختلفة. في حين أن الخصائص الفيزيائية لهذه الأملاح قد تمت دراستها على نطاق واسع، إلا أن خصائصها البيوكيميائية وتطبيقاتها الطبية لم تذكر على الإطلاق في الأدبيات العلمية.
وقال الباحث الرئيسي الدكتور يوجين تشانغ: "إن استخدامنا الناجح لهذه الأملاح كعوامل ترميمية دفعنا إلى الاعتقاد بأنه يمكننا أيضًا استخدام هذه المركبات كمضادات للأكسدة تحبس الأكسجين وبالتالي تقلل الضرر الذي يلحق بالجسم الناتج عن الأكسجين التفاعلي". صِنف."
يمكن أن تؤدي الضغوطات البيئية الناجمة عن نمط حياة غير صحي، مثل الإفراط في استهلاك الكحول والتعرض للسموم والمخدرات والتدخين وقلة النوم، إلى قيام الجسم بإنتاج جذور الأكسجين الفائق المعروفة باسم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) القادرة على التسبب في تلف الخلايا من خلال الأكسدة. .
ويشارك الإجهاد التأكسدي نتيجة لهذه الحالات في معظم الأمراض، بما في ذلك السرطان وأمراض القلب وأمراض الكبد والأمراض التنكسية واضطرابات الجهاز المناعي والشيخوخة. تساعد مضادات الأكسدة التي تحبس الجذور الحرة على التقاط الجذور الحرة في النظام الخلوي للجسم، وبالتالي تقليل تأثير هذه الأشكال.
أملاح إيميدازوليوم هي سلائف لمواد تسمى "الكربينات الحلقية غير المتجانسة N" (N-Carbenes الحلقية غير المتجانسة، NHC). الشكل الطبيعي لـ NHC هو فيتامين ب (أو الثيامين) الذي يلعب دورًا بيولوجيًا مهمًا. وقد تم ربط نقص هذا الفيتامين بالإجهاد التأكسدي. في حين أن مضادات الأكسدة الطبيعية مثل Epigallocatechin Gallate (EGCG)، وهو مستخلص من الشاي الأخضر، معروفة بمنع أو إبطاء عمليات الأكسدة في الجسم، إلا أن نشاطها منخفض نسبيًا وتتحلل في الجسم بسرعة كبيرة.
يوضح الباحث الرئيسي: "أظهرت دراساتنا على الخلايا أن هذه الأملاح لها خصائص مضادة للأكسدة أقوى من EGCG وفي نفس الوقت أقل سمية. أنها تقلل بشكل كبير من مستويات المركبات الضارة في خلايا الكبد بنسبة 11% أكثر من EGCG. بالإضافة إلى ذلك، فإن تحضير هذه الأملاح بسيط ورخيص. ولذلك، فإنها تحمل وعدًا كبيرًا كنوع جديد من مضادات الأكسدة القادرة على استخدامها في التطبيقات الطبية الحيوية."
وفي دراسة أخرى لنفس الفريق، نجح الباحثون في استخدام هذه الأملاح لتطوير نظام تحفيزي لتحويل السكريات إلى مادة تسمى 5-هيدروكسي ميثيل فورفورال (HMF)، وهو مركب رئيسي يستخدم في كيمياء الوقود الحيوي وصناعة النفط.
إن استنفاد احتياطيات الوقود الأحفوري وتأثيرات ظاهرة الاحتباس الحراري جعلت من البحث عن مصادر طاقة بديلة ومتجددة ودائمة مصدر قلق عالمي ومميت. اليوم، يعد الوقود الحيوي المصدر الدائم الوحيد المتاح للوقود السائل، ولكن الافتقار إلى الأساليب الفعالة لتحويل السكريات إلى مركبات كيميائية تستخدم في إنتاج الوقود الحيوي يعيق استبدال احتياطيات الوقود بالكتلة الحيوية (الكمية الإجمالية للكائنات الحية في منطقة معينة). .
يمكن لمادة HMF ومشتقاتها المحولة في الموضعين 2 و5 من الفوران أن تحل محل وحدات البناء الكيميائية الأولية ذات الأساس النفطي، ومن المعروف أن عدة محفزات معروفة تنشط في تحويل السكريات للحصول على هذه المادة.
ومع ذلك، فإن معظمها يؤدي أيضًا إلى تفاعلات جانبية تنتج منتجات ثانوية غير مرغوب فيها، وتحول HMF إلى حمض. لذلك، كان استخدام هذه المحفزات يقتصر في كثير من الأحيان على المواد الخام البسيطة للسكر، مثل الفركتوز. ولم يتمكنوا من تحويل الجلوكوز بكفاءة، وهو مصدر أكثر شيوعا واستقرارا للسكر.
وباستخدام أملاح إيميدازوليوم كنقطة انطلاق، طور الباحثون اتحادات معدنية قائمة على NHC كمحفزات لتحويل السكريات إلى HMF. توفر هذه درجة عالية من المرونة حيث يتم التحكم في النشاط التحفيزي من خلال تعديل محدد لخصائص مادة NHC. وتمكن الباحثون من الحصول على مادة HMF بسهولة باعتبارها المنتج الوحيد. حقق النظام التحفيزي الجديد أعلى كفاءة تم الإبلاغ عنها للحصول على HMF، حتى الآن، لكل من الفركتوز كمادة أولية والجلوكوز. ويوضح الباحث أن نسبة بقائنا في الحصول على مادة HMF كانت ستة وتسعين بالمائة للفركتوز وواحد وثمانين بالمائة للجلوكوز. ونظرًا لأن كل من المحفز والسائل الأيوني قابلان لإعادة التدوير، فإن تقنيتنا أكثر ملاءمة للبيئة ويمكن أن تؤدي إلى توفير التكاليف في عمليات إنتاج الوقود الحيوي."
ويضيف أحد الباحثين: "نحن متحمسون للإمكانات الهائلة الكامنة في هذه المركبات المبتكرة فيما يتعلق بتأثيرها على مجالات الطب وبدائل الطاقة. إن اكتشافنا يفتح المجال أمام علاجات أكثر فعالية لمختلف الأمراض التنكسية، وكذلك لإعداد الوقود الحيوي، وبالتالي نساعد في تخفيف بعض المخاوف الملحة التي تواجه المجتمع العالمي."
