Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Концепция устойчивого развития в химии (sustainable chemistry) может привести к появлению еще более токсичных химических веществ

Ключевые слова:  AnanikovLab, биология, ИОХ РАН, токсикология, устойчивое развитие, химия, экология

Опубликовал(а):  Попова Олеся Геннадьевна

08 апреля 2015

Замена токсичных химических компонентов нетоксичными и биосовместимыми природными аналогами является одним из самых популярных подходов в проектах по устойчивому развитию. Исследование, проведенное в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук (Москва), показало, что замена части химического вещества природным аналогом может не только не дать полезного эффекта, но и повысить токсичность. Опубликованная в журнале Toxicology Research статья описывает повышение токсичности ионных жидкостей, после введения в их состав аминокислот.


Концепция устойчивого развития в химии включает замену токсичных химических компонентов на биосовместимые аналоги с целью создания экологически безопасных материалов и технологий.

XXI век сформулировал новый вызов для науки – идею устойчивого развития, с помощью которой человечество стремится достичь таких благородных целей, как создание нового поколения химических технологий и экологически чистых материалов.

Химия принадлежит к тем наукам, для которых концепция нетоксичного и безотходного производства имеет первостепенное значение. Принципы «зеленой» химии и устойчивого развития оказали значительное влияние на химические исследования и разработки. Согласно этим принципам, вещества должны быть биоразлагаемыми и нетоксичными. Как известно, химикаты обычно токсичны, бионесовместимы и представляют опасность для окружающей среды. Поскольку правильно подобранные природные компоненты биосовместимы и нетоксичны, в последнее время химики предпринимают многочисленные попытки заменить токсичные вещества соответствующими природными аналогами. Иногда замена всего одного компонента действительно повышает биосовместимость и снижает вредоносное воздействие химического вещества или материала.

Вышеупомянутый подход был исследован для создания биосовместимых ионных жидкостей. Ионные жидкости, которые также называют ионными расплавами, – это органические соли, находящиеся в жидком состоянии при температурах ниже 100ºC. Присущая ионным жидкостям пространственная наноструктурированность придает им уникальные особенности. Одной из таких особенностей является возможность «тонкой настройки»: каждая ионная жидкость состоит из катиона и аниона, и путем их варьирования, параллельного или последовательного, можно менять определенные свойства ионной жидкости.

Будучи нелетучими и негорючими, ионные жидкости стали хорошей альтернативой традиционным летучим и горючим органическим растворителям и нашли применение в разнообразных областях современной химии и технологии. Например, таких как органический синтез, катализ, электрохимия, переработка топлива и др. Ионные жидкости проявляют заметную биологическую активность, и на данный момент известно, что они воздействуют на живые объекты всех уровней организации, от отдельных биомолекул до целых экосистем.

Работа, выполненная учеными из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского, посвящена исследованию активности недавно созданного класса ионных жидкостей на основе аминокислот. В соответствии с вышеупомянутым принципом устойчивого развития, считалось, что введение природного компонента (например, аминокислоты) в ионную жидкость понизит токсичность последней и позволит создать химическое вещество, представляющее меньшую опасность для окружающей среды.

Исследователи заменили катион и анион известной ионной жидкости [BMIM][BF4] на природную кислоту валин и получили две модифицированные ионные жидкости: [BMIM][Val] (с остатком валина в качестве аниона) и [Val-OMe][BF4] (с остатком валина в качестве катиона). Как и ожидалось, [BMIM][Val] оказалась менее токсичной, чем исходная [BMIM][BF4] (см. рис. 1). Однако [Val-OMe][BF4] продемонстрировала неожиданно высокую токсичность: замена химического компонента [BMIM]+ природным катионом на основе валина дала значительно более токсичный ионный продукт.

Рис. 1. Введение аминокислоты в состав ионной жидкости может помочь в достижении желаемой цели – снижения токсичности. Однако в некоторых случаях это приводит к противоположному эффекту и значительно повышает токсичность. (IC50 – концентрация полумаксимального ингибирования; чем ниже ее значение, тем выше токсичность вещества.)

Авторы изучили серию традиционных и аминокислотных ионных жидкостей и показали, что ионные жидкости, несущие катионы или анионы на основе аминокислот глицина, аланина и валина, в целом проявляли цитотоксичность сравнимую с цитотоксичностью традиционных имидазолиевых ионных жидкостей с неорганическими или небольшими органическими анионами (рис. 2). В случае некоторых ионных систем введение фрагмента природной аминокислоты привело к росту токсичности.

Рис. 2. Сравнительная шкала цитотоксичности традиционных и аминокислотных ионных жидкостей.

Возможный механизм токсичного действия таких аминокислотных ионных жидкостей может заключаться во взаимодействии с мембранными белками-переносчиками, которые клетки используют для доставки аминокислот из окружающей среды. Аминокислота, безвредная сама по себе, в составе ионной жидкости способствует проникновению в клетку биологически активного/токсичного вещества, которое вызывает апоптоз, или запрограммированную клеточную смерть. Несмотря на то, что исходная цель исследования – создание нетоксичных ионных жидкостей – не была достигнута, полученные результаты позволяют задуматься о потенциальном применении аминокислотных ионных жидкостей в биологии и медицине, например, для направленной доставки лекарств с использованием «настраиваемых» свойств ионных жидкостей.

По словам руководителя работ профессора Ананикова: «Токсичность и экологическая активность ионных жидкостей сейчас является популярным предметом исследований. Современные исследования делают акцент на том, что достижение выдающихся химических свойств наряду с высокой экологической совместимостью – очень сложное, но неизбежное направление целенаправленной оптимизации».

Токсикологическое исследование: "Unexpected increase of toxicity of amino acid-containing ionic liquids", by Egorova K. S., Seitkalieva M. M., Posvyatenko A. V., and Ananikov V. P. has been published in Toxicology Research (Royal Society of Chemistry).

Ссылка: Toxicol. Res., 2015, 4, 152-159, DOI: 10.1039/C4TX00079J

Веб-ссылка: http://dx.doi.org/10.1039/C4TX00079J

Обзор по целенаправленной оптимизации, упомянутый в комментарии:

Egorova K. S., Ananikov V. P., "Toxicity of Ionic Liquids: Eco(cyto)activity as Complicated, but Unavoidable Parameter for Task-Specific Optimization", ChemSusChem, 2014, 7, 336-360. DOI: 10.1002/cssc.201300459; веб-ссылка: http://dx.doi.org/10.1002/cssc.201300459



Источник: AnanikovLab




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Год Овцы
Год Овцы

Опубликованы задачи для школьников по физике
Обновлен раздел с условиями задач заочного тура для школьников по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология" XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". Загружены задачи по физике.

Встреча с главным редактором журнала Nature Nanotechnology
23 ноября в 13.30 в аудитории 446 химического факультета состоится встреча с главным редактором журнала Nature Nanotechnology Dr. Fabio Pulizzi. Приглашаются все желающие.

Приглашаем всех на неделю науки МГУ!
С 27 по 30 ноября 2017 года на базе Химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова в рамках XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям пройдет Неделя науки. Приглашаются школьники и их родители, студенты, аспиранты, молодые ученые, учителя и преподаватели. Для слушателей без пропуска МГУ необходима предварительная регистрация.

Вспомнить все (total recall). Часть 3. Методы исследований в нанотехнологиях (практика)
Коллектив авторов
В третьей части рассматриваются экспериментально - практические материалы, связанные с методами анализа продуктов нанотехнологий, в том числе стандартные аналитические, физико – химические и структурные методы анализа. Участники могут изучать отдельно данный курс или комбинировать его с двумя предыдущими.

Вспомнить все (total recall). Часть 2. Решение задач и проектная работа (образование и самоподготовка)
Коллектив авторов
Во второй части рассматриваются обзорные материалы материалы по нанотехнологическому образованию и проектной деятельности (Раздел А), текстовый и иллюстративный материал по образовательным и социальным аспектам с сфере нанотехнологий (Раздел Б), а также самый важный раздел для подготовки к Олимпиадам данной серии, содержащий сборники заданий и решений за 10 олимпиадных лет (Раздел В).

Вспомнить все (total recall). Часть 1. Наноматериалы и нанотехнологии (теоретические аспекты)
Коллектив авторов
В первой части рассматриваются теоретические материалы, сгруппированные по важнейшим темам (Раздел А), уровню сложности (Раздел Б), для свободного чтения по основным группам рубрикатора РОСНАНО (Раздел В), а также для прохождения викторин самоконтроля (Раздел Г).

Система практик ФНМ МГУ
А.Б.Тарасов, А.В.Кнотько, Е.А.Гудилин

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.