En af verdens stærkeste kulstofbindinger besejret

Fluor og kulstof kan danne stærke bindinger, som hidtil har krævet meget energi og kraftige midler for at brydes igen.

Men nu kan de skilles ad forholdsvis let, rapporterer et forskerhold med blandt andre den danske kemiker Karsten Krogh-Jespersen fra Rutgers University i New Jersey, USA.

Opdagelsen er netop offentliggjort i Science.

Den nye kemiske proces kan få betydning for så forskellige områder som miljø, produktion af pesticider og ikke mindst udvikling af medicin, hvor kulstof-fluor-bindinger spiller en afgørende rolle.

»Vi er de første, der viser, man kan bryde denne type fluor-kulstof-binding under det, vi kalder ”milde reaktionsbetingelser”, det vil sige lav temperatur og under brug af visse opløsningsmidler – men uden brug af barske ting, som for eksempel stærke syrer. Og det skaber håb om at kunne finde en billig og nem måde at arbejde med denne meget stærke kemiske binding, sådan at vi dels kan bryde bindingen nemt, men måske også danne den nemt,« fortæller professor Karsten Krogh-Jespersen fra Rutgers University.

Indtil videre har kemikerne dog kun påvist, at de kan bryde bindingen.

Fluorbindinger spiller afgørende roller i store dele af kulstofkemien.

Men de fleste danskere kender nok bedst fluor fra deres tandpasta, hvor det øger tændernes modstandsdygtighed overfor huller i tænderne.

Andre, som har fulgt ekstra godt med i miljødebatten, kender måske fluor fra stoffet freon, som udgjorde et alvorligt miljøproblem for tyve år siden, da det var almindeligt brugt i køleskabe. Freon nedbryder ozonlaget og da det i tilgift er en kraftig drivhusgas, varmer det kloden.

Beskytter kulstofmolekylet

Men for kemikere har fluor en særlig betydning.

Det har nemlig altid været en særlig udfordring at skille fluor-kulstof-bindingen ad. Fluor er simpelthen det atom, der binder stærkest til kulstof. Derfor er fluor-kulstofbindingen populær i en lang række kemiske produkter, fordi den virker som en beskytter. Ikke mindst i medicinalindustrien hvor udfordringen tit er at beskytte de aktive molekyler, indtil det når frem til de rigtige steder i kroppen..

Problemet for farmaceuterne er, at et molekyle sjældent kun binder til sine omgivelser et sted på molekylet.

Det et meget dyrt metal, vi har benyttet i processen, og det forbliver bundet ind i slutproduktet, så vores metode er en dyr metode i dag.

Professor Karsten Krogh-Jespersen

Store molekyler har mange aktive områder. Et medicinsk stof, som skal virke i en særlig sammenhæng i kroppens kemi, risikerer derfor nemt at binde sig forkert og gå til grunde, inden det når frem hvor det kunne gøre gavn. Det gør medicinen ueffektiv.

Men ved at knytte fluor til disse aktive steder på molekylet, kan de lukkes ned for omgivelserne fordi fluor-kulstof-bindingen er så stærk. Medicinen har derved større chance for at nå sit mål i kroppen.

»Denne ”silencing” – inaktivering – af aktive områder på kulstofmolekyler med fluor er udbredt i hele den kemiske industri – fra udvikling af sprøjtemidler til produktion af slip-let-køkkengrej,« fortæller Karsten Krogh-Jespersen og fortsætter:

»Når fluor og kulstof først er indgået i en kemisk binding, så har hidtil kun stærk varme, syrer eller natrium eller andre ubehagelige metoder kunnet skille dem ad igen. Men nu kan vi altså gøre det ved lav varme at lade et metal, Iridium, indgå i den kemiske reaktion,« siger Karsten Krogh-Jespersen.

Det giver håb om at kunne få processen til at forløbe med andre, billigere metaller også. Derfor er denne opdagelse vigtig.

Vor tids DDT

Dog betyder den stærke fluor-kulstof-binding, at visse fluorerede stoffer udgør et større og større miljøproblem.

Noget som atmosfærekemiker Ole John Nielsen fra Kemisk Institut, Københavns Universitet, har særlig indsigt i.

»En del fluorerede stoffer ophobes i naturen. Bindingen er simpelthen så stærk, at den i mange tilfælde holder i tusinder af år. Og især to af disse stoffer, PFOS og PFOA, er mistænkt for at være hormonforstyrrende. Derfor har man kaldt disse stoffer for vor tids DDT,« forklarer Ole John Nielsen.

PFOS er for eksempel beskrevet på Miljøministeriets hjemmeside med advarsler om skadelige virkninger på naturen og regler for anvendelse.

Håb for miljø og sundhed

»PFOS bliver typisk brugt i forbindelse med imprægnering af overflader, som for eksempel tøj, og vi har stofferne overalt i vores hverdag. Vi har dem alle i os. Og de bliver ikke nedbrudt naturligt. Derfor vil det være super duper, hvis den her metode kan udvikles til at skåne de næste 100 generationer af menneskeheden for en del af disse stoffer,« forklarer atmosfærekemikeren.

Professor Karsten Krogh-Jespersen fra Rutgers, understreger dog, at det er perspektiver, som ikke endnu er inden for rækkevidde:

»Det et meget dyrt metal, vi har benyttet i processen, og det forbliver bundet ind i slutproduktet, så vores metode er en dyr metode i dag. Men bare det, at vi viser, at den kemiske reaktion forløber meget nemmere ved at lade Iridium indgå, giver håb om at andre billige metaller, som kobber, jern, nikkel og så videre vil kunne bringes til at fungere som effektive katalysatorer og derved give os mulighed for at knække kulstof-fluorbindingen billigt og effektivt i fremtiden,« slutter han.