بعد سنوات من البحث: اكتشاف تفاعل كيميائي جديد!

        أدت ملاحظة غريبة خلال تجارب مخبرية إلى اكتشاف تاريخي للباحثين. أعلن فريق متعدد التخصصات بقيادة جامعة فليندرز في أستراليا عن اكتشاف هام: نوع جديد من تفاعلات تبادل روابط الكبريت-الكبريت، بعد سنوات من محاولات محاكاة هذا السلوك، والكشف عن آليته، وتحديد نطاقه.

        ما يُميز هذا التفاعل هو أن روابط الكبريت-الكبريت عادةً ما تتطلب حرارةً أو ضوءًا أو عوامل حفزية لإعادة ترتيب نفسها في الجزيئات، أما تفاعل تبادل ثلاثي الكبريتيد الجديد، فيحدث دون الحاجة إلى كواشف إضافية أو أي مؤثرات خارجية، بل يحدث تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة عند وضع جزيئات تحتوي على سلاسل من ثلاث ذرات كبريت -ثلاثي الكبريتيدات- في مذيبات معينة.

        يقول الكيميائي جاستن تشالكر من جامعة فليندرز، وهو أحد كبار مؤلفي الورقة البحثية، الذي يُجري أبحاثًا حول بوليمرات الكبريتيد منذ أكثر من عقد: من النادر اكتشاف تفاعل جديد كليًا، والأندر من ذلك أن يكون مفيدًا في هذا العدد الكبير من المجالات والتطبيقات. إن فهم هذا التفاعل الجديد مكنّا من استخدامه في العديد من التطبيقات القيمة، يشمل ذلك التعديل الانتقائي لدواء مضاد للأورام، وإنتاج نوع جديد من البلاستيك يمكن تشكيله واستخدامه، ثم تفكيكه عند الحاجة إلى إعادة تدويره.

        تُعد روابط الكبريت-الكبريت أساسية للعديد من الجزيئات المختلفة، متضمنةً الببتيدات والبروتينات والبوليمرات والأدوية. يكمن جزء من أهمية هذه الرابطة تحديدًا في قدرتها على الانكسار وإعادة التكوين استجابةً لمجموعة واسعة من المحفزات المختلفة، وعادةً ما تُستخدم في هذه التفاعلات سلاسل جزيئية تحتوي على ذرتي كبريت، وهي ثنائيات الكبريتيد.

        تُعد ثلاثيات الكبريت العضوية، التي تتكون من ثلاث ذرات كبريت تُشكل سلسلةً مع جزء مختلف في كل طرف (يُرمز لها بـ R-S-S-S-R، إذ إن R تعني بقية الجزيء)، أقل دراسةً، لكنها لا تزال ذات أهمية. تُستخدم هذه المركبات مثلًا في منتجات مثل المطاط المُفلكن والأدوية المضادة للأورام.

        لكن تحفيز ثلاثيات الكبريت على إعادة ترتيب نفسها كان صعبًا في السابق، فقد وجدت الأبحاث السابقة أن تبادل روابط الكبريت هذه يتطلب عادةً درجات حرارة عالية -غالبًا بين 80 و150 درجة مئوية- وحتى مع ذلك، قد تستغرق التفاعلات ساعات أو أيامًا للوصول إلى حالة التوازن.

        أما تفاعل تبادل ثلاثي الكبريت المكتشف حديثًا مختلف تمامًا، ففي بعض المذيبات، تبدأ سلاسل الكبريت بتبادل أجزائها في غضون ثوان عند درجة حرارة الغرفة، دون الحاجة إلى حرارة أو ضوء أو كواشف إضافية.

        لاحظ الفريق في أثناء دراسة البوليمرات المحتوية على الكبريت أن جزيئات ثلاثي الكبريتيد تُعيد ترتيب نفسها بسرعة عند إذابتها في مذيبات مثل ثنائي ميثيل فورماميد، وهو مذيب شائع الاستخدام في التجارب الكيميائية. بدأت سلاسل الكبريت بتبادل أجزائها تلقائيًا، بدلًا من الحاجة إلى حرارة أو محفزات.

        يمكن لجزيئين من ثلاثي الكبريتيد في هذا التفاعل تبادل المجموعات الكيميائية المرتبطة بنهايتيهما، ما يؤدي فعليًا إلى تبادل الجزيئات وتكوين تركيبات جديدة. يُطلق الكيميائيون على هذا النوع من عمليات تبادل الجزيئات اسم الميتاثيسيس.

        إذن زوج من الجزيئات بهذا الترتيب R1–S–S–S–R1 و R2–S–S–S–R2 يصبحان R1–S–S–S–R2 وR2–S–S–S–R1.

        يحدث التبادل بسرعة فائقة في ظل الظروف المناسبة، إذ يصل أحيانًا إلى حالة التوازن في ثوان معدودة عند درجة حرارة الغرفة. وهو قابل للانعكاس بسهولة.

        اختبر الباحثون هذا التفاعل عمليًا، مستخدمين إياه لتعديل مركب كاليكياميسين المضاد للأورام. استخدموه أيضًا لبناء بلاستيك مصنوع من سلاسل متصلة بروابط ثلاثية الكبريتيد، يمكن تفكيكها بسهولة إلى مكوناتها الأساسية.

        يقول الكيميائي هارشال باتيل من مختبر تشالكر بجامعة فليندرز: أنا متحمس لرؤية كيف سيتم تبني هذا النوع من الكيمياء وتوسيع نطاقه وتطبيقه بطرق لم نتخيلها بعد. إن اكتشاف تفاعل جديد أمر مثير، وقد أثبتنا بالفعل العديد من التطبيقات المهمة في الكيمياء الحيوية الجزيئية وكيمياء المواد.

        نظرًا إلى أن التفاعل سريع وانتقائي وقابل للانعكاس، فإنه قد يمنح الكيميائيين طريقة جديدة لبناء جزيئات قادرة على إعادة ترتيب نفسها في ظروف معتدلة، وهو أمر قد يكون مفيدًا في مجالات تتراوح من اكتشاف الأدوية إلى علم المواد.

        يقول الكيميائي توم هاسيل من جامعة ليفربول في المملكة المتحدة: أعتقد أن الأمثلة التي عرضناها لما يمكن فعله بهذه الكيمياء ليست سوى غيض من فيض.