کشف انقلابی اسپانیا: تبدیل مستقیم گاز طبیعی (متان) به مواد دارویی و شیمیایی با ارزش

چالش دیرینه پایداری مولکولی

گاز طبیعی که بخش عمده‌ای از انرژی جهان را تأمین می‌کند، از اجزای اصلی مانند متان، اتان و پروپان تشکیل شده است. با این حال، پایداری مولکولی شدید این هیدروکربن‌ها، تبدیل مستقیم آن‌ها به مواد شیمیایی مفید را در شرایط معمول دشوار کرده است. این محدودیت، صنایع شیمیایی را از استفاده از این خوراک ارزان‌قیمت و فراوان باز داشته بود.

تیمی به رهبری مارتین فانیاناس در مرکز تحقیقات شیمی زیستی و مواد مولکولی (CiQUS) در اسپانیا، اکنون ادعا می‌کند که راهکاری برای غلبه بر این مانع پیدا کرده است.

تولید مستقیم مواد دارویی از گاز

روش توسعه‌یافته توسط تیم CiQUS، متان و سایر اجزای گاز طبیعی را مستقیماً به «بلوک‌های سازنده» شیمیایی سازگار تبدیل می‌کند. این فرآیند امکان سنتز مستقیم محصولات با ارزش بالا، از جمله مواد دارویی، را فراهم می‌سازد.

محققان برای اعتبارسنجی رویکرد خود، یک ماده دارویی واقعی را سنتز کردند. آنها موفق شدند دی‌مسترول، یک استروژن غیراستروئیدی مورد استفاده در هورمون‌درمانی، را مستقیماً با شروع از متان تولید کنند.

این اولین باری است که محققان یک ترکیب زیست‌فعال را مستقیماً از متان، این گاز فراوان، ساخته‌اند. این نتیجه نشان می‌دهد که گاز طبیعی می‌تواند بدون نیاز به تکیه بر مراحل پیچیده پالایشگاهی، از تولید گسترده‌تر مواد شیمیایی حمایت کند.

رمزگشایی از کنترل رادیکالی با کاتالیزور سفارشی

استراتژی کلیدی این تیم بر واکنشی به نام آلیلاسیون متمرکز است. این فرآیند با اتصال یک گروه آلیل به هیدروکربن، انعطاف‌پذیری لازم را برای انجام تحولات شیمیایی بعدی و ساخت مولکول‌های متنوع، از جمله داربست‌های دارویی و مواد شیمیایی صنعتی، فراهم می‌کند.

تلاش‌های قبلی به دلیل تولید بیش از حد محصولات جانبی کلرزنی و کاهش بازده، شکست خورده بودند. تیم فانیاناس این مشکل را با طراحی یک کاتالیزور ابرمولکولی برطرف کرد که رفتار رادیکالی را در داخل واکنش تنظیم می‌کند.

فانیاناس در این باره توضیح می‌دهد:

• «هسته اصلی این پیشرفت در طراحی کاتالیزوری مبتنی بر آنیون تتراکلروفرات پایدار شده توسط کاتیون‌های کولیدینیوم نهفته است.»
• این سیستم «به طور مؤثر واکنش‌پذیری گونه‌های رادیکالی تولید شده در محیط واکنش را تعدیل می‌کند.»

این کاتالیزور سفارشی‌شده، مانند یک مکانیسم کنترل عمل کرده و واسطه‌های واکنش‌پذیر را به سمت مرحله آلیلاسیون هدایت می‌کند و از تولید محصولات جانبی ناخواسته جلوگیری می‌نماید.

مزایای زیست‌محیطی و صنعتی

سیستم جدید CiQUS از دماها یا فشارهای شدید جلوگیری کرده و در شرایط نسبتاً ملایم عمل می‌کند، که این امر مقیاس‌پذیری صنعتی آن را آسان‌تر می‌سازد. همچنین، این رویکرد تنها به متان محدود نمی‌شود و از بسترهای گازی مختلف پشتیبانی می‌کند.

این تحقیق به آینده‌ای اشاره دارد که در آن گاز طبیعی به جای احتراق، برای تولید با ارزش افزوده بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. تبدیل متان به مواد شیمیایی پایدار می‌تواند:

• انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهد.
• از اقتصاد شیمیایی چرخشی پشتیبانی کند.
• زنجیره‌های تأمین مواد دارویی و شیمیایی را کوتاه‌تر و کارآمدتر سازد.

این مطالعه که می‌تواند طرحی برای شیمی صنعتی پاک‌تر ارائه دهد، در مجله معتبر Science Advances منتشر شده است و گروه‌های صنعتی نیز در حال بررسی آن هستند.