Иолиомика - это исследовательская дисциплина, занимающаяся изучением ионов в жидкостях (или жидких фазах) и обусловленная фундаментальными различиями ионных взаимодействий . [1] Название представляет собой комбинацию IOns, LIquids и -OMICS. Иолиомика охватывает широкую область исследований, касающихся структуры, свойств и применения ионов, участвующих в различных биологических и химических системах. Концепция этой исследовательской дисциплины связана с другими комплексными областями исследований, такими как геномика , протеомика , гликомика , петролеомика и т. Д., Где суффикс -omics используется для описания полноты данных. [2]
Фундаментальная природа
Природа химических взаимодействий и их описание - одна из фундаментальных проблем химии . Представления о ковалентных и ионных связях, возникшие в начале 20 века, указывают на глубокие различия их электронных структур . Эти различия, в свою очередь, приводят к кардинально разному поведению ковалентных и ионных соединений как в растворе, так и в твердой фазе . [3] В твердой фазе ионные соединения, например соли , склонны к образованию кристаллических решеток ; в полярных растворителях они диссоциируют на ионы, окруженные сольватными оболочками, что обеспечивает высокую ионную проводимость раствора . [4] В отличие от ковалентных связей , ионные взаимодействия демонстрируют гибкое, динамическое поведение, которое позволяет настраивать ионные соединения для получения желаемых свойств.
Важность
Ионные соединения сильно взаимодействуют со средой растворителя; поэтому их влияние на химические и биохимические процессы с участием ионов может быть значительным. Даже в случае простейших ионов и растворителей присутствие первых может привести к перегруппировке и перестройке вторых. [5] Установлено, что ионные реакции участвуют в многочисленных явлениях в масштабах целых галактик или отдельных живых клеток . [6] [7] В качестве примера можно сказать , что в живых клетках ионы металлов связываются с металлоферментами и другими белками, модулируя их активность; [6] ионы участвуют в контроле функционирования нейронов во время циклов сна и бодрствования ; [8] аномальной активности ионных каналов приводит к развитию различных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера заболеваний, [9] и т.д. Таким образом, несмотря на проблемы , связанные с исследованиями по свойствам и деятельности ионов в различных химических и биологических системах, [1] это направление исследований является одним из самых актуальных.
Жидкие среды с высоким содержанием ионов
Особый интерес представляют богатые ионами жидкие среды (такие как ионные жидкости , расплавленные соли , жидкие электролиты и т. Д.), Которые представляют собой «жидкие ионы» с превосходными настраиваемыми свойствами для различных приложений. Эти системы известны своей способностью к явлениям самоорганизации растворенных веществ и растворителей и часто используются в химии , биохимии и фармацевтических исследованиях. [1] [10] Одной из наиболее важных особенностей жидких сред с высоким содержанием ионов является их огромный потенциал для тонкой настройки. Таким образом, можно создать ионную жидкость практически с любым сочетанием физико-химических или биохимических свойств. [11] Исследования в области «жидких ионов» - это быстро развивающаяся научная область, и к настоящему времени накоплено множество данных об их свойствах и активности. [1] [12] В настоящее время концепция находит применение в катализе , электрохимии , аналитике, производстве топлива , переработке биомассы , биотехнологии , биохимии и фармацевтике . [1] [11] [13] [14]
Рекомендации
- ^ а б в г д Егорова К.С.; Гордеев Э.Г .; Анаников В.П. (январь 2017 г.). «Биологическая активность ионных жидкостей и их применение в фармацевтике и медицине» . Химические обзоры . 117 (10): 7132–7189. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.6b00562 . PMID 28125212 .
- ^ Kandpal, RP; Савиола, Б; Фелтон, Дж. (Апрель 2009 г.). «Эпоха безграничности омиков» . Биотехнологии . 46 (5): 351-355. DOI : 10.2144 / 000113137 . PMID 19480630 . Архивировано из оригинала 4 февраля 2017 года . Проверено 3 февраля +2017 .
- ^ Льюис, GN (апрель 1916 г.). «Атом и молекула» . Журнал Американского химического общества . 38 (4): 762–785. DOI : 10.1021 / ja02261a002 .
- ^ Аткинс, П; де Паула, J (2006). Физическая химия Аткинса (8-е изд.). Нью-Йорк: WH Freman. ISBN 9780198700722.
- ^ Mancinelli, R; Ботти, А; Bruni, F; Риччи, Массачусетс; Сопер, АК (июнь 2007 г.). «Нарушение структуры воды из-за одновалентных ионов в растворе». Физическая химия Химическая физика . 9 (23): 2959–2967. DOI : 10.1039 / b701855j . PMID 17551619 .
- ^ а б Сигель, РК; Пайл, AM (декабрь 2006 г.). «Альтернативные роли ионов металлов в ферментативном катализе и последствия для химии рибозимов» (PDF) . Химические обзоры . 107 (1): 97–113. DOI : 10.1021 / cr0502605 . PMID 17212472 .
- ^ Гепперт, WD; Ларссон, М. (декабрь 2013 г.). «Экспериментальные исследования астрофизических ионных реакций». Химические обзоры . 113 (12): 8872–8905. DOI : 10.1021 / cr400258m . PMID 24219419 .
- ^ Ding, F; О'Доннелл, Дж; Сюй, Q; Канг, N; Гольдман, N; Недергаард, М. (апрель 2016 г.). «Изменения в составе интерстициальных ионов мозга контролируют цикл сна и бодрствования» . Наука . 352 (6285): 550–555. DOI : 10.1126 / science.aad4821 . PMC 5441687 . PMID 27126038 .
- ^ Зайдман, Массачусетс; Сильва-младший; Цуй, Дж. (Ноябрь 2012 г.). «Заболевания, связанные с ионными каналами: обзор молекулярных механизмов» . Химические обзоры . 112 (12): 6319–6333. DOI : 10.1021 / cr300360k . PMC 3586387 . PMID 23151230 .
- ^ Hayes, R; Warr, GG; Аткин, Р. (июль 2015 г.). «Структура и наноструктура в ионных жидкостях» . Химические обзоры . 115 (13): 6357–6426. DOI : 10.1021 / cr500411q . PMID 26028184 .
- ^ а б Holbrey, JD; Седдон, КР (декабрь 1999 г.). «Ионные жидкости». Чистые продукты и процессы . 1 (4): 223–236. DOI : 10.1007 / s100980050036 .
- ^ Дитлефс, М; Фанселоу, М; Седдон, КР (январь 2016 г.). «Ионные жидкости: вид с горы Невероятный». RSC Advances . 6 (6): 4280–4288. DOI : 10.1039 / c5ra05829e .
- ^ ван Рантвейк, Ф; Шелдон, РА (июнь 2007 г.). «Биокатализ в ионных жидкостях». Химические обзоры . 107 (6): 2757–2785. DOI : 10.1021 / cr050946x . PMID 17564484 .
- ^ Егорова, К.С.; Анаников В.П. (январь 2014 г.). «Токсичность ионных жидкостей: эко (цито) активность как сложный, но неизбежный параметр для оптимизации под конкретную задачу». ChemSusChem . 2 (3): 336–360. DOI : 10.1002 / cssc.201300459 . PMID 24399804 .