Όι ερευνητές στο IOCB της Πράγας είναι οι πρώτοι που περιγράφουν τους λόγους συμπεριφοράς ενός από τα θεμελιώδη αρωματικά μόρια, το οποίο συναρπάζει τον επιστημονικό κόσμο όχι μόνο με το μπλε χρώμα του, αλλά και με άλλες ασυνήθιστες ιδιότητες.
Άν το αζουλένιο τελικά “κρύβει” το μεγάλο ενεργειακό μυστικό, τότε μιλάμε για συθέμελη για τα δεδομένα της οργανικής χημείας, ανακάλυψη, που θα επηρεάσει τα επόμενα χρόνια την συγκεκριμένη αλλά και άλλες επιστήμες. Θα έχουμε ανακαλύψει τον “προμηθέα” της απεριόριστης ενέργειας αξιοποιώντας το μέγιστο δυναμικό της που αιχμαλωτίζεται από το φως.
Το αζουλένιο έχει κερδίσει την περιέργεια των χημικών για πολλά χρόνια. Η ερώτηση “γιατί είναι μπλε”, χωρίς προφανή λόγο, απαντήθηκε πριν από περίπου πενήντα χρόνια από έναν επιστήμονα παγκοσμίου βεληνεκούς, τον Καθ. Josef Michl.
Πλέον, ένας άλλος επιστήμονας, ο Δρ. Tomáš Slanina, ακολουθεί τα βήματά του προσπαθώντας να “αγγίξει” τη λύση σε άλλο ένα μυστήριο. O ίδιος και οι συνεργάτες του περιέγραψαν πειστικά γιατί το μικροσκοπικό μόριο αζουλένιο παραβιάζει τον παγκόσμιο κανόνα (Kasha), μια από τις κύριες αρχές στην φασματοσκοπία φθορισμού, που αφορά στον τρόπο με τον οποίο τα μόρια εκπέμπουν φως, κατά τη μετάβασή τους σε διάφορες διεγερμένες καταστάσεις.
Για να εξηγήσουν τη συμπεριφορά του αζουλένιου , οι ερευνητές του IOCB Prague χρησιμοποίησαν την έννοια της (αντι)αρωματικότητας. Στο πρώτο βήμα, το αζουλένιο είναι αντιαρωματικό και επομένως πέφτει προς τα κάτω στη σειρά των πικοδευτερολέπτων, χωρίς να έχει χρόνο να εκπέμψει φως. Στο δεύτερο βήμα, ωστόσο, συμπεριφέρεται σαν μια αρωματική ουσία κι αυτό είναι σημαντικό, δεδομένου ότι προκύπτει μια ακόμη διεγερμένη κατάσταση για ακόμη και ένα πλήρες νανοδευτερόλεπτο, αρκετό, για να εκπέμψει φως!
Επομένως, η ενέργεια αυτής της διεγερμένης κατάστασης δεν χάνεται πουθενά και μετατρέπεται εξ ολοκλήρου σε ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας.
Dr. Tomáš Slanina
head of the Redox Photochemistry group (Photo: Tomáš Belloň / IOCB Prague)
Η επιστημονική ομάδα, αναζητά έναν τρόπο για να διασφαλίσει ότι η ενέργεια από τα φωτόνια (π.χ. από τον Ήλιο) που συλλαμβάνονται από ένα μόριο δεν χάνεται και ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί περαιτέρω (π.χ. για τη μεταφορά ενέργειας μεταξύ μορίων ή για διαχωρισμό φορτίου σε ηλιακά κύτταρα). Ο στόχος είναι να δημιουργηθούν μόρια που διαχειρίζονται την ενέργεια του φωτός όσο το δυνατόν αποτελεσματικότερα.
Επιπλέον, στην μελέτη αυτή, οι ερευνητές αποδεικνύουν σε πολλές περιπτώσεις ότι η ιδιότητα του αζουλένιου είναι μεταφερόμενη. Μπορεί δηλαδή να προσαρτηθεί απλά στη δομή κάθε αρωματικού μορίου, χάρη στο οποίο αυτό το μόριο παίρνει τις “μυστικές” ιδιότητες του αζουλένιου.
Ο Tomáš Slanina προσθέτει: “Μου αρέσουν οι θεωρίες που είναι τόσο απλές που μπορείς εύκολα να τις φανταστείς, να τις θυμηθείς και στη συνέχεια να τις χρησιμοποιήσεις. Και αυτό ακριβώς είναι αυτό που καταφέραμε. Απαντήσαμε το ερώτημα γιατί τα μόρια συμπεριφέρονται με έναν συγκεκριμένο τρόπο, και το κάναμε χρησιμοποιώντας ένα πολύ απλό έννοια.”
Στην έρευνά τους, οι επιστήμονες του IOCB Prague χρησιμοποίησαν διάφορα νέα υπολογιστικά προγράμματα τα οποία μπορούν να δώσουν απαντήσεις για τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται στις προαναφερθείσες διεγερμένες καταστάσεις, τα ηλεκτρόνια ενός μορίου.
Η εργασία είναι εξαιρετικά καινοτόμα, καθώς γνωρίζουμε ελάχιστα γι’ αυτές τις καταστάσεις.
Επιπλέον, το άρθρο που δημοσιεύτηκε στο JACS δεν είναι μόνο υπολογιστικό αλλά και πειραματικό. Οι ερευνητές από την ομάδα του Tomáš Slanina υποστήριξαν τα ευρήματά τους με ένα πείραμα που επιβεβαίωσε ακριβώς την ορθότητα των υπολογισμένων δεδομένων. Συνεργάστηκαν δε, με έναν από τους πλέον διάσημους επιστήμονες στον τομέα των (anti)αρωματικών μορίων, τον καθηγητή Henrik Ottosson του Πανεπιστημίου Uppsala στη Σουηδία.
Δεν θα πρέπει να ξεχνάμε βεβαίως ότι η ιστορία του αζουλένιου είναι ακόμη πιο πολυεπίπεδη, και αφορά όχι μόνο τη φωτοχημεία αλλά και την ιατρική, όπου επίσης το IOCB Prague δημιούργησε ένα από τα πρώτα φάρμακα που αναπτύχθηκαν στα εργαστήριά του, μια κρέμα βασισμένη στο λάδι της χαμομηλιάς που περιείχε ένα παράγωγο του αζουλένιου. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών, το μικρό κουτί με την ετικέτα Dermazulen, που περιέχει θεραπευτικά και αντιφλεγμονώδη συστατικά, έχει βρει τη θέση του στα “κιτ” πρώτων βοηθειών σε ολόκληρη τη χώρα.
info
Το άρθρο δημοσιεύτηκε στο περιοδικό του Αμερικανικού Χημικού Συλλόγου (JACS).
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο :Dunlop, D.; Ludvíková, L.; Banerjee, A.; Ottosson, H.; Slanina, T. Excited-State (Anti)Aromaticity Explains Why Azulene Disobeys Kasha’s Rule. J. Am. Chem. Soc. 2023. https://doi.org/10.1021/jacs.3c07625
IOCB Prague / Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the Czech Academy of Sciences (www.uochb.cz) is a leading internationally recognized scientific institution whose primary mission is the pursuit of basic research in chemical biology and medicinal chemistry, organic and materials chemistry, chemistry of natural substances, biochemistry and molecular biology, physical chemistry, theoretical chemistry, and analytical chemistry. An integral part of the IOCB Prague’s mission is the implementation of the results of basic research in practice. Emphasis on interdisciplinary research gives rise to a wide range of applications in medicine, pharmacy, and other fields.
