Μια ομάδα ερευνητών από το Goethe University Frankfurt φαίνεται πως έκανε ένα σημαντικό βήμα στον αγώνα κατά των λεγόμενων «παντοτινών χημικών» (forever chemicals), αναπτύσσοντας έναν καταλύτη που μπορεί να διασπάσει τις ανθεκτικές αυτές ενώσεις σε χρόνο ρεκόρ και μάλιστα σε θερμοκρασία δωματίου.
Οι πολυφθοροαλκυλικές ουσίες, ή αλλιώς PFAS, αποτελούν ανθρώπινα κατασκευασμένα χημικά που χρησιμοποιούνται ευρέως, από αντικολλητικά σκεύη μέχρι αδιάβροχα υφάσματα. Το πρόβλημα με τα PFAS είναι ότι δεν αποδομούνται εύκολα στο περιβάλλον, γεγονός που τα καθιστά εξαιρετικά επίμονα και δυνητικά επικίνδυνα για την υγεία. Η δομή τους βασίζεται στον δεσμό άνθρακα-φθορίου (C–F), έναν από τους ισχυρότερους στην οργανική χημεία, που μέχρι πρόσφατα απαιτούσε υψηλές θερμοκρασίες ή τοξικά και ακριβά μέταλλα για να σπάσει.
Η ανακάλυψη των Γερμανών ερευνητών φέρνει όμως έναν νέο, ελπιδοφόρο τρόπο αντιμετώπισης του προβλήματος. Χρησιμοποιώντας μια χημική δομή βασισμένη στο βόριο, με την ονομασία 9,10-dihydro-9,10-diboraanthracene (DBA), η ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει έναν αντιδραστήρα που, με την προσθήκη δύο ηλεκτρονίων, γίνεται αρκετά δραστικός ώστε να επιτίθεται σε παρόμοια μόρια σχεδόν ακαριαία.
Τα πρώτα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε φθοροβενζόλια, μόρια που περιέχουν από ένα έως έξι άτομα φθορίου. Η διαδικασία έγινε σε περιβάλλον τετραϋδροφουρανίου (THF), ένα συχνά χρησιμοποιούμενο οργανικό διαλύτη. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: ο καταλύτης κατάφερε να διασπάσει τους ισχυρούς δεσμούς C–F μέσα σε δευτερόλεπτα, αποφεύγοντας τη χρήση πολύτιμων μετάλλων όπως το λευκόχρυσο ή το ιρίδιο.
Σύμφωνα με τα ευρήματα της ομάδας, ο μηχανισμός δράσης του DBA μεταβάλλεται ανάλογα με την περιεκτικότητα του μορίου σε φθόριο. Όταν υπάρχουν λίγα άτομα φθορίου, το DBA λειτουργεί ως νουκλεόφιλο και επιτίθεται στο μόριο με έναν μηχανισμό παρόμοιο με την υποκατάσταση αρωματικών ενώσεων. Σε μόρια με υψηλότερο βαθμό φθορίωσης, ο καταλύτης δρα ως αναγωγικός παράγοντας, δωρίζοντας ηλεκτρόνια και αποσπώντας άτομα υδρογόνου από το περιβάλλον.
Ο Christoph Buch, υποψήφιος διδάκτορας και μέλος της ερευνητικής ομάδας, εξηγεί με απλά λόγια τη λογική του μηχανισμού:
Για να σπάσεις έναν δεσμό άνθρακα-φθορίου, χρειάζεσαι ηλεκτρόνια. Ο καταλύτης μας τα μεταφέρει με ιδιαίτερα υψηλή απόδοση. Προς το παρόν χρησιμοποιούμε αλκαλικά μέταλλα όπως το λίθιο ως πηγή ηλεκτρονίων, αλλά εργαζόμαστε ήδη πάνω στη χρήση ηλεκτρικού ρεύματος για ακόμη πιο απλό και αποδοτικό αποτέλεσμα.
Η νέα αυτή τεχνολογία δεν περιορίζεται μόνο στην απορρύπανση περιβαλλοντικών PFAS. Όπως εξηγεί ο καθηγητής Matthias Wagner, η ελεγχόμενη διαχείριση των φθοριούχων δεσμών έχει εφαρμογές και στη φαρμακευτική χημεία, όπου η φθορίωση πολλών μορίων ενισχύει τη διάρκεια και την αποτελεσματικότητα των φαρμάκων. «Αυτός ο καταλύτης μάς προσφέρει πλέον ένα εργαλείο για να ελέγχουμε με ακρίβεια τον βαθμό φθορίωσης σε τέτοιες ενώσεις», αναφέρει.
Η σημασία της ανακάλυψης γίνεται ακόμη πιο φανερή αν λάβει κανείς υπόψη τον ρόλο των PFAS σε κρίσιμους τομείς της τεχνολογίας. Χρησιμοποιούνται σε ημιαγωγούς, φωτοανθεκτικά υλικά, μονωτικά εξαρτήματα υψηλών συχνοτήτων, ακόμα και σε συστήματα κατάσβεσης πυρκαγιάς. Επίσης, εφαρμόζονται σε αυτοκινητοβιομηχανίες, στην αεροναυπηγική και στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, λόγω των ανθεκτικών τους ιδιοτήτων σε ακραίες συνθήκες, διάβρωση και καιρικές μεταβολές.
Ωστόσο, η ανθεκτικότητα αυτή είναι που τα καθιστά τόσο δύσκολα στη διαχείριση, οδηγώντας τις περιβαλλοντικές αρχές σε ΗΠΑ και Ευρώπη να επιβάλλουν αυστηρούς κανονισμούς και να χρηματοδοτούν την έρευνα για εναλλακτικά, φθοριο-ελεύθερα υλικά.
Το νέο αυτό καταλυτικό σύστημα από τη Φρανκφούρτη φαίνεται πως προσφέρει μια πρακτική, φιλική προς το περιβάλλον λύση, ανοίγοντας τον δρόμο για ασφαλέστερη διαχείριση των PFAS αλλά και για την εξέλιξη της φαρμακευτικής και της χημικής βιομηχανίας. Αν οι μελλοντικές έρευνες επιβεβαιώσουν την αποδοτικότητα και την ευελιξία της μεθόδου σε μεγαλύτερη κλίμακα, δεν αποκλείεται να βρισκόμαστε μπροστά σε μια πραγματική καμπή στη μάχη κατά των «παντοτινών χημικών».
[via]
