أدت ملاحظة غريبة أثناء التجارب المعملية إلى وصول الباحثين إلى إنجاز لم يسبق له مثيل.

وبعد سنوات من محاولة تكرار هذا السلوك، والكشف عن آليته، وتقييد نطاقه، أعلن فريق متعدد التخصصات بقيادة جامعة فلندرز في أستراليا عما وصفوه بـ اكتشاف كبير: نوع غير معروف سابقًا من تفاعل تبادل روابط الكبريت.

ما يجعل هذا التفاعل ملحوظًا هو أن روابط الكبريت والكبريت تتطلب عادةً حرارة أو ضوءًا أو محفزات لإعادة ترتيب نفسها في الجزيئات. يحدث “تفاعل استبدال ثلاثي الكبريتيد” الجديد بدون كواشف إضافية أو حفز خارجي آخر.

وبدلا من ذلك، يحدث ذلك تلقائيا في درجة حرارة الغرفة عندما يتم وضع جزيئات تحتوي على سلاسل من ثلاث ذرات الكبريت – ثلاثي الكبريتيدات – في مذيبات معينة.

“من النادر اكتشاف تفاعل جديد تمامًا، والأكثر ندرة أن يكون مفيدًا في العديد من المجالات والتطبيقات.” يقول الكيميائي جوستين تشالكر من جامعة فلندرز، أحد كبار مؤلفي الورقة والذي كان بحث عن بوليمرات الكبريتيد لأكثر من عقد من الزمان.

“إن فهم التفاعل الجديد سمح لنا باستخدامه في العديد من التطبيقات عالية القيمة – بما في ذلك التعديل الانتقائي لعقار مضاد للورم وإنتاج دواء مضاد للورم”. رواية بلاستيكية التي يمكن تشكيلها واستخدامها ثم “تفكيكها” عند الحاجة إلى إعادة التدوير.”

تعتبر روابط الكبريت والكبريت ضرورية للعديد من الجزيئات المختلفة، بما في ذلك الببتيدات والبروتينات والبوليمرات والأدوية. جزء مما يجعل هذا الرابط بالذات مفيدًا جدًا هو قدرته على الكسر والإصلاح استجابةً لمجموعة واسعة من المحفزات المختلفة. عادة ما تكون سلاسل جزيئية تحتوي على ذرتين من ذرات الكبريت – ثاني كبريتيد – المستخدمة في هذه التفاعلات.

ثلاثي الكبريتيدات العضوية، التي تشكل فيها ثلاث ذرات كبريت سلسلة ذات جزء مختلف في كل طرف (يشار إليها باسم RSSSR، مع R تعني “بقية الجزيء”)، لم تتم دراستها بشكل أقل ولكنها لا تزال مهمة. يتم استخدامها في منتجات مثل المطاط المفلكن و مضاد للورم المخدرات، على سبيل المثال.

لكن إقناع ثلاثي الكبريتيدات بإعادة ترتيب نفسها كان أمرًا صعبًا تقليديًا. الأبحاث السابقة وجدت أن تبادل هذه الروابط الكبريتية يتطلب عادةً درجات حرارة عالية – غالبًا ما تتراوح بين حوالي 80 و150 درجة مئوية (176 و302 درجة فهرنهايت) – وحتى في تلك الحالة، قد تستغرق التفاعلات ساعات أو أيامًا للوصول إلى التوازن.

يتصرف تفاعل استبدال ثلاثي الكبريتيد المكتشف حديثًا بشكل مختلف تمامًا. في بعض المذيبات، تبدأ سلاسل الكبريت في تبادل الأجزاء في ثوانٍ عند درجة حرارة الغرفة، دون الحاجة إلى الحرارة أو الضوء أو الكواشف الإضافية.

أثناء دراسة البوليمرات المحتوية على الكبريت، لاحظ الفريق أن بعض جزيئات ثلاثي الكبريتيد يتم إعادة ترتيبها بسرعة عند إذابتها في مذيبات مثل ثنائي ميثيل فورماميد، تستخدم عادة في تجارب الكيمياء.

وبدلاً من الحاجة إلى الحرارة أو المحفزات، بدأت سلاسل الكبريت في تبادل الأجزاء من تلقاء نفسها.

في التفاعل، يمكن لجزيئين من ثلاثي الكبريتيد أن يتبادلا المجموعات الكيميائية المرتبطة بأطرافهما، ويتبادلان الشركاء بشكل فعال ويشكلان مجموعات جديدة من الجزيئات. يسمي الكيميائيون هذا النوع من عملية تبادل الشركاء بالاستبدال.

لذلك زوج من الجزيئات مع الترتيب

R1–S–S–S–R1

R2-S-S-S-R2

يصبح

R1–S–S–S–R2

R2 – S – S – S – R1

وفي ظل الظروف المناسبة، يحدث التبادل بسرعة ملحوظة ــ حيث يصل في بعض الأحيان إلى التوازن في ثوانٍ عند درجة حرارة الغرفة. ويمكن عكسه بسهولة.

لقد قام الباحثون بالفعل بتجريب التفاعل، واستخدموه لتعديل المركب المضاد للورم كاليتشيميسين. كما استخدموه أيضًا لبناء مادة بلاستيكية مصنوعة من سلاسل متصلة بواسطة روابط ثلاثي الكبريتيد والتي يمكن تفكيكها بسهولة إلى وحدات البناء المكونة لها.

متعلق ب: تجربة تعيد إنشاء التفاعلات الكيميائية الأولى في الكون

“أنا متحمس لرؤية كيفية اعتماد هذه الكيمياء وتوسيعها وتطبيقها بطرق لم نتخيلها بعد.” يقول الكيميائي هارشال باتيل مختبر تشالكر في جامعة فلندرز. “إن مواجهة تفاعل جديد أمر مثير، وقد أظهرنا بالفعل العديد من التطبيقات المفيدة في كيمياء الجزيئات الحيوية وكيمياء المواد.”

ولأن التفاعل سريع وانتقائي وقابل للعكس، فقد يمنح الكيميائيين طريقة جديدة لبناء جزيئات يمكنها إعادة ترتيب نفسها في ظل ظروف معتدلة ــ وهو الأمر الذي قد يكون مفيداً في مجالات تتراوح بين اكتشاف الأدوية وعلوم المواد.

“أعتقد أن الأمثلة التي عرضناها حول ما يمكن فعله بهذه الكيمياء ليست سوى قمة جبل الجليد” يقول الكيميائي توم هاسل من جامعة ليفربول في المملكة المتحدة.

وقد تم نشر البحث في كيمياء الطبيعة.