Kemijski shuttle – nosač za molekule

Shuttle (šatl) je riječ koja je, zahvaljujući raketoplanu Space Shuttle (ali ne samo njemu), ušla i u hrvatski jezik. Zašto? Zato što za nju nemamo zamjene. Nijedna joj riječ u našem jeziku ne odgovara. Skela? Taksi? Ne. Takvo značenje ta riječ, shuttle, nema u engleskom jeziku. Izvorno joj je značenje čun na tkalačkom stanu, koji – zna se – ide lijevo pa desno, tamo-amo, u jednom pa u drugom, obratnom smjeru. No nije mi namjera u ovom članku pisati o razlikama hrvatskog i engleskog jezika te usput ukazati na činjenicu da su jezici zapravo neprevedivi, nego na jedno novo dostignuće kemičara, za jednu novu vrstu tvari koje su već dobile ime – chemical  stuttles. Namjerno kažem „tvari“ jer nije riječ o kemijskim spojevima, pa čak – u strogom smislu – ni o čistim tvarima (supstancijama). O čemu se radi?

Jedan takav kemijski šatl opisan je u radu što se krajem prošle godine pojavio u časopisu Tetrahedron, valjda najuglednim časopisu za organsku kemiju: „Reusable shuttles for exchangeable functional cargos: reversibly assembled, magnetically powered organocatalysts  for asymmeteric aldol reactions“. Riječ za dakle o šatlima koji mogu nositi raznovrsne molekulske terete, a usto se mogu regenerirati i, najvažnije, mogu se pokretati magnetom (magnetically powered). Da šatl nosi katalizator za reakcije nastajanja asimetričnih (kiralnih)  aldola manje je važno.

Sve ta djelovanja kemijskog šatla postaju manje zagonetna ako pogledamo od čega se sastoji. Sastoji se, prvo, od magnetične nanočestice. Ta je čestica načinjena od najstarijeg poznatog magneta, po kojem je magnetizam i dobio ime, od minerala magnetita (Fe3O4). Za tu oko devet nanometara veliku česticu vezana je na lancu kisikovih, silicijevih, ugljikovih i dušikovih atoma posudica otprilike iste veličine, molekula ciklodekstrina, sedam molekula glukoze vezanih u prsten. (Dekstrini su  polimeri glukoze koji nastaju raspadom, depolimerizacijom, mnogo većih molekula škroba. Oni daju slakast okus prženoj hrani, prije svega prženom i pečenom krumpiru.) To bi bio shuttle. A što bi bio njegov teret (cargo)?

I ovdje je riječ o nadasve zanimljivoj molekuli, molekuli adamantana. Formula joj je C10H16, a ime je dobila po dijamantu (grč. adamant) jer se čini kao da je dobivena izrezivajem deset atoma ugljika iz kristalne rešetke dijamanta. Taj je neobičan alkan (triciklodekan) prvi sintetizirao upravo naš nobelovac Vladimir Prelog, i to u Zagrebu, ratne 1941. godine. Poslije su se adamantanom i njegovim derivatima mnogo bavili kemičari s Instituta Ruđer Bošković. Čak su htjeli od njega napraviti eksploziv. Kako bi se zvao? Valjda adamantit ili, bolje, dijamantit.

No to su već digresije. Ono što nas ovdje zanima je da molekula adamantana lako ulazi u molekulu ciklodekstrina. Tako nastaje kompleks šatla i tereta – molekule adamantana i za nju vezane molekule katalizatora.

Postupak „ukrcavanja“ i „iskrcavanja“ molekula dosta je jednostavan. Nanočestice magnetita s vezanim molekulama ciklodekstrina (šatl) rasprše se u vodi, a adamantan s vezanim katalizatorom (teret) otopi se u metanolu. Miješanjem tih dviju otopina stvara se kompleks šatla i tereta. Budući da su nanočestice magnetične, moguće je iz otopine izdvojiti kompleks šatla i tereta magnetskim taloženjem, jednostavnije rečeno prislanjanjem jakog magneta na stijenku epruvete.

Kada katalizator obavi svoj posao, a šatl se hoće iskoristiti za nešto drugo, napravi se nešto slično: doda se organsko otapalo, tetrahidrofuran (THF), koje  odvaja teret od šatla.  Prislanjanjem magneta uz epruvetu opet će joj se na stijenkama nataložiti čestice, ali ovaj put samo čestice šatla.

Čestice šatla s vezanim teretom
Čestice šatla s vezanim teretom

Sve se to na prvi pogled čini kao igra dokonih kemičara. No samo na prvi pogled. Razlog zašto su učinili to što su učinili je tu tome što su katalizatori skupi, a usto ih je teško izdvojiti iz otopine nakon obavljenog posla. No ovdje to očito nije teško, jer otopinu treba samo propustiti pokraj magneta. I još nešto. Iako autori rečenog članka o tome ne govore, ovakvi bi nosači molekula dobro došli i u medicini. Uzme li se naime kao teret molekula ljekovite tvari (citostatika), moglo bi je se magnetom dovesti do bolesnog tkiva.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti.  Sada piše za Čovjek i svemir te  mrežne stranice Zg-magazin i, naravno, BUG online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,  a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.