הממצאים, שפורסמו בכתב העת המדעי היוקרתי Science, מדגישים את החשיבות של קטיונים לא קלאסיים – יונים בעלי מספר נמוך יותר של אלקטרונים מאשר פרוטונים, ולפיכך בעלי מטען חיובי. הממצאים מספקים גם תגובה חדשה להכנת אלקאנים, חומרים כדוגמת הגזים מתאן ופרופאן, שבדרך כלל ידועים לשמצה בתור חומרים שקשה להמירם לחומרים אחרים
[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
במהלך יותר מעשור שלם באמצע המאה העשרים, כימאים דנו בשאלה כיצד בדיוק נראה החומר ‘קרבוקטיון’ – מולקולה בעלת אטום פחמן הטעון במטען חיובי. במה שידוע בתור ‘המודל הקלאסי’, שהיה מקובל בתחילת המאה הזו, המדענים מדמים שהפחמן שבמולקולות מסוג זה נושא על עצמו את המטען החיובי; ‘המודל הלא קלאסי’ מדמה מצב שבו המטען עשוי להימצא גם על פני אטומים סמוכים אחרים. הן מחקרים תיאורטיים והן מחקרים יישומיים הוכיחו כי אכן הקרבוקטיון הלא קלאסי מתקיים, והמחלוקת שככה מאז. גם אם מבנים אלו אכן קיימים, סברו רוב הכימאים, אין להם כל רלוונטיות מעשית.
כעת, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג’לס (UCLA) גילו תגובה כימית העשויה לשמש ביום מן הימים לשם המרת נפט לכדי תרכובות שימושיות, ואשר במסגרתה נוטלים תפקיד קרבוקטיונים מהצורה הלא קלאסית. הממצאים, שפורסמו בכתב העת המדעי היוקרתי Science, מדגישים את החשיבות של קטיונים לא קלאסיים – יונים בעלי מספר נמוך יותר של אלקטרונים מאשר פרוטונים, ולפיכך בעלי מטען חיובי. הממצאים מספקים גם תגובה חדשה להכנת אלקאנים, חומרים כדוגמת הגזים מתאן ופרופאן, שבדרך כלל ידועים לשמצה בתור חומרים שקשה להמירם לחומרים אחרים. “לתגובה חדשה זו יש פוטנציאל מעשי גדול”, טוען החוקר הראשי. “כעת, הצלחנו להראות את החשיבות של צורונים אלו במסגרת ההסברים לתגובתיות והבררנות שלהם”, אומר החוקר. “המטרה שלנו היא לקחת פסולת כימית מבתי זיקוק ולהמיר אותה לחומרי רוקחות,” מסביר החוקר הראשי. החומרים המכונים בשם אלקאנים, הנגזרים מפסולת כזו, מהווים בעיה מיוחדת מאחר והם מאוד יציבים מבחינה כימית, מסביר החוקר. כלומר – קשה לפרק את הקשרים המחזיקים יחדיו את המולקולות.
בכל אופן, בשנה הקודמת החוקרים גילו תגובה כימית שנראית כיעילה בהמרת אלקאנים לחומר לוואי בעל פוטנציאל כימי גבוה יותר. הגילוי הוליד בעיה עיקרית אחת – החוקרים לא הבינו מהו מנגנון הפעולה המדויק של תגובה עוצמתית זו. כאשר החוקרים בחנו לעומק את התגובה בעזרת שיטות מחשוביות מתקדמות, הם גילו שהתגובה מתבססת על היצירה של קרבוקטיון לא קלאסי. “היה זה ממצא בסיסי מפתיע ביותר” אומר החוקר הראשי. “הממצא עצמו מעלה שאלות רבות אחרות, ואנו סבורים שהאופן הלא קלאסי של תגובות אלו יאפשר לנו להפריך כללים רבים בתחום של סינתזה כימית ולפתח סוגים חדשים של תגובות”. מאחר והמטען החשמלי העודף מתפזר על גבי מספר אטומים, במסגרת המודל הלא קלאסי, המולקולה יותר גמישה מבחינת יכולתה לעבור מגוון נרחב של תגובות, לרבות כאלו המפרקות את הקשרים החזקים של האלקאנים. רק על ידי צפייה בתגובות בעזרת דינמיקה מולקולארית, ולאחר מכן מעקב אחר התנועה של האטומים במהלך התגובה, ניתן היה להבין ולהסביר את התגובות הללו.
בשלב זה, האלקאנים אינם מומרים ישירות לתרופות, אלא הם מומרים לכימיקלים אחרים העשויים להיות שימושיים בעיבוד של תרופות. החוקרים סבורים כי התגובה תוכל לפרק גם את המולקולות האלקאניות הארוכות הנמצאות בסוגי פלסטיק שאינם מתפרקים ביולוגית.
