تسريع تفاعل كيميائي بواسطة التجميد

عندما انقطع التيار الكهربائي في مختبر الكيميائي الحيوي Tilman M. Hackeng في جامعة ماسترخت في هولندا، هرع زميله Stijn M. Agten مسرعًا لرفع النماذج من جهاز كروموتوغرافيا السائل فائق الأداء المرتبط بجهاز مطيافية الكتلة ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. كان Agten يراقب تفاعل تكوين آصرة الأوكسيم Oxime وليمنح نفسه الوقت الكافي لإعادة تشغيل الجهاز، قرّر تجميد النماذج في درجة -20 مئوية، ظنًّا منه بأنه سيتمكن من إبطاء التفاعل ليتدارك ما يمكن تداركه من الجهود التي بذلها في الحصول على هذه العينات.
إلا أنّ صدمة Agten كانت كبيرة جدّا بعد ذوبان النماذج، حيث لاحظ أن التفاعل قد شارف على الاكتمال، في حين أن تفاعل تكوين آصرة الأوكسيم يستغرق عدة أيام للحصول على كمية مقبولة من الناتج، إضافة إلى عدم اكتمال التفاعل بشكل تام.
تتكون آصرة الأوكسيم من مفاعلة الألديهايد Aldehyde أو الكيتون Ketone مع مجموعة الأمينوكسي Aminooxy في مركب آخر. كان Hackeng وزميله يدرسان تأثير درجة الحرارة والتركيز والعامل المساعد على سرعة تكوين الأوكسيم، والذي كانا يرومان استخدامه كطريقة لتمييز البروتينات.
حاول الفريق بعد هذا الاكتشاف، تقليل الوقت اللازم للتجميد وذلك بتخفيض درجة الحرارة إلى -80 و-196 مئوية، إلا أنّهم لم يحصلوا على نتائج بكفاءة عملية التجميد التي تمّت لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة -20 مئوية. وقد اقترح Hackeng أن بلورات الثلج التي تنمو بشكل بطيء قد دفعت المتفاعلات وجعلتها أكثر تركيزًا في الطور السائل.
وقد اكتشف الفريق كذلك أنّه يمكن بوساطة التجميد الاستغناء على العامل المساعد وإجراء التفاعل في وسط متعادل، والحصول على نتائج أفضل من تلك النتائج التي كانوا يحصلون عليها بإضافة الأنيلين Aniline كعامل مساعد وإجراء التفاعل في pH منخفضة كما هو الحال في تفاعلات تكوين الأوكسيم الاعتيادية في درجات حرارية أعلى.
وبعد إجراء ثلاثة دورات من التجميد والإذابة وصلت نسبة اكتمال التفاعل إلى 91%، وهو تحسين كبير جدًا للطريقة الاعتيادية والتي تصل نسبة التفاعل فيها إلى 10% بعد 48 ساعة.