Ukryta rola wodoru w degradacji cząsteczek

Brom i wodór odgrywają nieoczekiwane role w dynamice dysocjacji anionów triazolu. Przełomowe badanie naukowców z IChF PAN  dostarcza nowych informacji o zachowaniu przejściowych jonów ujemnych. Zdjęcie wykonane dzięki uprzejmości siłowni ActiveZone. Fot: Grzegorz Krzyżewski
Brom i wodór odgrywają nieoczekiwane role w dynamice dysocjacji anionów triazolu. Przełomowe badanie naukowców z IChF PAN dostarcza nowych informacji o zachowaniu przejściowych jonów ujemnych. Zdjęcie wykonane dzięki uprzejmości siłowni ActiveZone. Fot: Grzegorz Krzyżewski

Mechanizm oddziaływania wodoru w cząsteczkach zbadał międzynarodowy zespół z polskiej i czeskiej akademii nauk. Wyniki badań są ważne m.in. dla ochrony środowiska i projektowania leków.

Praca zespołu kierowanego przez dr. Dariusza Piekarskiego z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) i dr. Jaroslava Kocziszka z Czeskiej Akademii Nauk (CAS) dotyczy imidazoli i triazoli – jednych z najpowszechniejszych związków chemicznych wykorzystywanych w różnych gałęziach przemysłu. To składniki wielu leków (przeciwgrzybiczych, przeciwinfekcyjnych, przeciwnowotworowych) albo fungicydów, czyli środków przeciwgrzybiczych stosowanych w rolnictwie.

Imidazole i triazole mogą jednak trafiać do wód i gleby, co prowadzi do zanieczyszczenia środowiska i niekontrolowanego rozwoju grzybów odpornych na fungicydy. Dlatego naukowcy poszukują nowych sposobów degradacji tych związków, m.in. po to, by opracować skuteczne sposoby oczyszczanie ścieków i wód.

Badania zespołu z IChF PAN i CAS, których wyniki ukazały się w czasopiśmie „Journal of the American Chemical Society” (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18446), wykazały rolę wodoru i bromu w dysocjacji anionów triazolowych. Naukowcy przedstawili, jak rozbijać te cząsteczki za pomocą niskoenergetycznych elektronów.

Jak wytłumaczono w komunikacie, kiedy związek taki jak triazol wychwytuje jeden z niskoenergetycznych elektronów, tworzy krótkotrwałą naładowaną wersję samego siebie, która ostatecznie się rozpada. Jednak przebieg tego procesu zależy od struktury molekularnej, w szczególności od położenia atomów wodoru. Autorzy pracy wzięli pod lupę dwie wersje triazolu podstawionego bromem i zastosowali metodę dysocjacyjnego przyłączania elektronów (Dissociative Electron Attachment, DEA) w dwóch niemal identycznych cząsteczkach różniących się położeniem tylko jednego atomu wodoru.

Na podstawie badań empirycznych i obliczeń teoretycznych naukowcy stwierdzili, że zmiana położenia wodoru ma wpływ na dynamikę cząsteczki po interakcji z niskoenergetycznymi elektronami. Nawet pojedynczy elektron wywołuje zmiany strukturalne, które powodują z kolei zupełnie inną dynamikę molekularną.

Okazało się, że atom bromu w triazolu ułatwia cząsteczce przechwycenie elektronu i pomaga stabilizować różne jej formy, w zależności od tego, gdzie wodór jest umieszczony w pierścieniu triazolowym.

– Podobnie jak dwa klucze, które na pierwszy rzut oka wyglądają tak samo, ale otwierają zupełnie inne drzwi, te niemal identyczne cząsteczki zachowują się w uderzająco różny sposób. Pomysł, że możemy kontrolować ruch ciężkich atomów poprzez coś tak prostego jak umieszczenie wodoru w określonej pozycji, jest ekscytujący i oferuje nowe możliwości projektowania związków – wyjaśnił cytowany w komunikacie dr Dariusz Piekarski.

Badania międzynarodowego zespołu otwierają – jak zaznaczono w komunikacie – „nowe kierunki kontrolowanej manipulacji molekularnej w chemii i materiałoznawstwie”.

„Praca umożliwia opisanie ścieżki bardziej efektywnego rozkładu stabilnych, podatnych na zanieczyszczenia związków w środowisku i zrozumienie, w jaki sposób cząsteczki podobne do leków zachowują się w określonych warunkach. Ma to kluczowe znaczenie dla projektowania leków” - napisano.

W kolejnych badaniach naukowcy chcą sprawdzić, czy podobne zjawiska zachodzą podczas zastosowania różnych źródeł promieniowania i w innych związkach chemicznych.

Badania były dofinansowane z Narodowego Centrum Nauki i czeskiego MEYS, OP JAK.(PAP)

abu/ bar/

Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.

Czytaj także

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

newsletter

Zapraszamy do zapisania się do naszego newslettera