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

 

Цветочки-лепесточки
Цветочки-лепесточки

Сборник заданий Олимпиады 2017/2018
В раздел "Архив" сайта олимпиады загружен сборник заданий и авторских решений всех конкурсов заочного и очного туров прошедшей XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". Авторы заданий - научные сотрудники и преподаватели химического, физического, биологического факультетов, факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова и другие авторы.

Химики из МГУ свернули двумерный теллурид кадмия в нанотрубки
Сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова вместе с иностранными коллегами обнаружили, что двумерные листы теллурида кадмия могут самопроизвольно сворачиваться в нанотрубки, что может найти применение в электронике и фотонике.

Закрытие наноолимпиады (творческие моменты)
Завершилась XII наноолимпиада. 31 марта 2018 года в актовом зале Шуваловского корпуса МГУ состоялась торжественная церемония закрытия и награждения победителей и призеров XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". И самое интересное - огромный творческий вклад в олимпиады внесли "наногиды" - студенты ФНМ МГУ, выпускники олимпиады прошлых лет.

Naming story - Alternative version
Kira Efremova, Olga Efremova
Работа призеров III степени Фотоконкурса таблиц Д.И.Менделеева, посвященного Международному году Периодической таблицы химических элементов, XII Интернет-олимпиады по нанотехнологиям Kira Efremova (Windmill Hill Primary School) и Olga Efremova (University of Hull, Cheshire, United Kingdom).

Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Таблица? Пирамида!
Оганесян Екатерина Сергеевна
Работа призера II степени Фотоконкурса таблиц Д.И.Менделеева, посвященного Международному году Периодической таблицы химических элементов, XII Интернет-олимпиады по нанотехнологиям Оганесян Екатерины Сергеевны (к.э.н., доцент, Институт химии и проблем устойчивого развития, РХТУ имени Д.И.Менделеева, г.Москва)

СЗМ портрет Д.И.Менделеева и изображение ячейки углерода
Погорелова Валерия Дмитриевна, Янаслова Ксения Ивановна
Работа победителей I степени Фотоконкурса таблиц Д.И.Менделеева, посвященного Международному году Периодической таблицы химических элементов, XII Интернет-олимпиады по нанотехнологиям Погореловой Валерии Дмитриевны и Янасловой Ксении Ивановны (9 класс, МБОУ "Лицей № 2", г.Чебоксары).

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.