Chemicy na tropie wieloletniej zagadki
Od dziesięcioleci chemicy wiedzieli, że kluczową rolę w wiązaniu tlenu odgrywa żelazo. To właśnie ono umożliwia transport tlenu w organizmach żywych, między innymi dzięki hemoglobinie. Poza tym uczestniczy w licznych reakcjach enzymatycznych, na przykład w wątrobie, gdzie pomaga rozkładać leki i toksyny. Jednak próby przeniesienia tych mechanizmów na inne metale, szczególnie z tzw. bloku f (obejmującego lantanowce i aktynowce), kończyły się niepowodzeniem. Wśród badaczy panowało przekonanie, jakoby pierwiastki te nie były zdolne do tworzenia odpowiednich oddziaływań z cząsteczkami tlenu.
Czytaj też: 70 lat czekania i wreszcie ją mamy. Chemicy uchwycili cząstkę kluczową dla utleniania
Zespół kierowany przez Raúla Hernándeza Sáncheza postanowił zakwestionować to stwierdzenie. On i jego współpracownicy opracowali specjalną strukturę chemiczną, znaną jako koszyk ligandowy. Ta swoista molekularna klatka pozwala uchwycić pojedynczy atom metalu i ustawić go w bardzo precyzyjnej konfiguracji przestrzennej. Następnie naukowcy zestawili dwa takie układy naprzeciw siebie, umieszczając pomiędzy nimi sześć atomów, w tym cząsteczkę tlenu, która połączyła dwa atomy neodymu.
Efekt okazał się zaskakujący. Wbrew wcześniejszym założeniom wystąpiły interakcje będące fundamentem wielu procesów biologicznych i chemicznych. Do tej pory uznawano je jednak za niedostępne dla tej klasy pierwiastków. W wyniku eksperymentu powstały wysoce reaktywne związki określane jako lantanidowo-tlenowe i mogące mieć ogromny potencjał praktyczny.
Praktyczne implikacje są zaskakująco szerokie
Dokonane odkrycie otwiera zupełnie nowe możliwości. Jakie? Nowe związki mogą w przyszłości pełnić podobną funkcję jak związki żelaza w organizmach żywych, a nawet je przewyższać. Mogłyby zostać wykorzystane do projektowania nowych katalizatorów chemicznych, produkcji bardziej efektywnych materiałów czy opracowywania innowacyjnych metod syntezy związków o wysokiej wartości przemysłowej.
Czytaj też: Przełom w fizyce kwantowej. Naukowcy potwierdzili uniwersalne prawo wzrostu w dwóch wymiarach
Co szczególnie istotne, choć eksperyment przeprowadzono na neodymie, badacze są przekonani, iż ta sama strategia mogłaby znaleźć zastosowanie w odniesieniu do wielu innych pierwiastków z tej grupy, a nawet do aktynowców. Mówiąc krótko: odkrycie nie dotyczy jednego przypadku, lecz może mieć charakter uniwersalny i fundamentalny dla całej chemii metali ciężkich.
Źródło: Eureka Alert, Journal of the American Chemical Society
