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

 

Соты
Соты

Начинается XV Олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!"
Совсем скоро начнется юбилейная XV Всероссийская Интернет-олимпиада по нанотехнологиям «Нанотехнологии – прорыв в будущее!». Предлагаем ознакомиться с актуальной информацией и расписанием Олимпиады.

В России стартовал самый масштабный научно-популярный фестиваль
РГ: В МГУ дан старт самому масштабному научно-популярному событию в мире - Всероссийскому фестивалю NAUKA 0+. В программе - свыше 10 000 мероприятий: лекции нобелевских лауреатов, вебинары и мастер-классы, виртуальные лабораторные, научные шоу, интерактивные выставки, телемосты с CERN, Международной космической станцией и российской антарктической станцией "Восток", дискуссии о будущем человечества, показы научных фильмов, соревнования роботов, научные бои Science Slam, квизы и квесты, а также первый Виртуальный гипермузей науки.

Нобелевскую премию по химии присудили за метод редактирования генома
РИА Новости: Нобелевскую премию по химии за 2020 год получили Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна, разработавшие технологию редактирования генома.

Нобелевская премия за графен, или 10 лет спустя
Алексей Арсенин
О том, как графен повлиял на развитие науки и промышленности и можно ли его назвать материалом будущего — заместитель директора Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, кандидат физико-математических наук Алексей Арсенин

Летние лектории для школьников
ФНМ
Сотрудники Факультета наук о материалах и химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова участвуют в лекториях двух летних школ, организованных Фондом Инфраструктурных и Образовательных Программ (группа РОСНАНО) - Нанограде и летней школе МФТИ.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
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.