إيزوبرين

الأيزوبرين ، أو 2-ميثيل-1،3-بوتادين ، مركب عضوي متطاير شائع، صيغته الكيميائية CH₂ ₌ C(CH₃ ₎ −CH=CH₂ _. وهو في صورته النقية سائل متطاير عديم اللون. تنتجه العديد من النباتات والحيوانات ^{[ 1 ]} (بما في ذلك الإنسان)، وتُعدّ بوليمراته المكون الرئيسي للمطاط الطبيعي .

أطلق تشارلز غريفيل ويليامز هذا الاسم على المركب عام 1860 بعد الحصول عليه من التحلل الحراري للمطاط الطبيعي. وقد استنتج بشكل صحيح النسب الكتلية للكربون والهيدروجين ^{[ 2 ]} (لكنه توصل إلى صيغة غير صحيحة _C10H8 لأن الوزن الذري الحديث للكربون لم يُعتمد إلا في مؤتمر كارلسروه الذي عُقد في وقت لاحق _من ذلك العام). لم يُحدد ويليامز أسباب التسمية، ولكن يُفترض أنها مشتقة من كلمة " بروبيلين " التي يشترك معها الإيزوبرين في بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية. وكان غوستاف بوشاردات أول من لاحظ إعادة تركيب الإيزوبرين إلى مادة شبيهة بالمطاط عام 1879، وحدد ويليام أ. تيلدن بنيته بعد خمس سنوات. ^{[ 3 ]}

يُنتَج الإيزوبرين ويُنْشَر من قِبَل أنواعٍ عديدة من الأشجار (أهمّها أشجار البلوط والحور والأوكالبتوس والعوالق النباتية وبعض البقوليات). يبلغ الإنتاج السنوي لانبعاثات الإيزوبرين من الغطاء النباتي حوالي 600 مليون طن متري ، نصفها من الأشجار الاستوائية عريضة الأوراق، والباقي في الغالب من الشجيرات . ^{[ 4 ]} يُعادل هذا تقريبًا انبعاثات الميثان ، ويُمثّل حوالي ثلث جميع الهيدروكربونات المنبعثة في الغلاف الجوي. في الغابات النفضية ، يُشكّل الإيزوبرين ما يقارب 80% من انبعاثات الهيدروكربونات. وعلى الرغم من أن مساهمتها ضئيلة مقارنةً بالأشجار، فإن الطحالب المجهرية والعيانية تُنتِج الإيزوبرين أيضًا. ^{[ 5 ]}

في البشر والكائنات الحية الأخرى

يُعدّ الإيزوبرين أكثر الهيدروكربونات وفرةً في زفير الإنسان. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} ويُقدّر معدل إنتاج الإيزوبرين في جسم الإنسان بـ 0.15 ميكرومول /(كجم·ساعة)، أي ما يعادل 17  ملجم/يوم تقريبًا لشخص يزن 70  كجم. ينشأ الإيزوبرين في زفير الإنسان من استقلاب الكوليسترول الليبولي داخل البيروكسيسومات العضلية الهيكلية، ويعمل جين IDI2 كمحدد لإنتاجه. ^{[ 10 ]} ونظرًا لغياب جين IDI2 ، فإن حيوانات مثل الخنازير والدلافين قارورية الأنف لا تُخرج الإيزوبرين مع الزفير.

يُعدّ الإيزوبرين شائعاً بتركيزات منخفضة في العديد من الأطعمة. وتستطيع أنواع عديدة من بكتيريا التربة والبكتيريا البحرية، مثل الأكتينوميسيتات ، تحليل الإيزوبرين واستخدامه كمصدر للطاقة.

يبدو أن انبعاث الإيزوبرين آلية تستخدمها الأشجار لمقاومة الإجهادات غير الحيوية . ^{[ 11 ]} وقد ثبت أن الإيزوبرين يحمي من الإجهاد الحراري المعتدل (حوالي 40  درجة مئوية). كما أنه قد يحمي النباتات من التقلبات الكبيرة في درجة حرارة الأوراق. ويُدمج الإيزوبرين في أغشية الخلايا ويساعد على استقرارها استجابةً للإجهاد الحراري.

يُكسب الإيزوبرين النباتات مقاومةً لأنواع الأكسجين التفاعلية. ^{[ 12 ]} وتعتمد كمية الإيزوبرين المنبعثة من النباتات المُصدرة له على كتلة الورقة ومساحتها والضوء (وخاصةً كثافة تدفق الفوتونات الضوئية، أو PPFD) ودرجة حرارة الورقة. لذا، ينبعث القليل من الإيزوبرين من أوراق الأشجار ليلاً، بينما يُتوقع أن تكون الانبعاثات النهارية كبيرة خلال الأيام الحارة والمشمسة، لتصل إلى 25 ميكروغرام/(غرام من وزن الورقة الجافة)/ساعة في العديد من أنواع البلوط. ^{[ 13 ]}

الإيزوبرينويدات

يوجد الهيكل الأساسي للإيزوبرين في مركبات طبيعية تُسمى التربينات والتربينويدات (التربينات المؤكسجة )، والتي تُعرف مجتمعةً باسم الإيزوبرينويدات. لا تنشأ هذه المركبات من الإيزوبرين نفسه، بل إنّ طليعة وحدات الإيزوبرين في الأنظمة البيولوجية هي ثنائي ميثيل أليل بيروفوسفات (DMAPP) ونظيره إيزوبنتينيل بيروفوسفات (IPP). ويُستخدم مصطلح "الإيزوبرينات" أحيانًا بصيغة الجمع للإشارة إلى التربينات بشكل عام.

تشمل أمثلة الإيزوبرينويدات الكاروتين ، والفيتول ، والريتينول ( فيتامين أ )، والتوكوفيرول ( فيتامين هـ )، والدوليكولات ، والسكوالين . يحتوي الهيم أ على ذيل إيزوبرينويدي، ويُشتق اللانوستيرول ، وهو طليعة الستيرول في الحيوانات، من السكوالين، وبالتالي من الإيزوبرين. وحدات الإيزوبرين الوظيفية في الأنظمة البيولوجية هي ثنائي ميثيل أليل بيروفوسفات (DMAPP) ونظيره إيزوبنتينيل بيروفوسفات (IPP)، واللذان يُستخدمان في التخليق الحيوي للإيزوبرينويدات الطبيعية مثل الكاروتينات ، والكينونات ، ومشتقات اللانوستيرول (مثل الستيرويدات)، وسلاسل البرينيل لبعض المركبات (مثل سلسلة الفيتول في الكلوروفيل). تُستخدم الإيزوبرينات في الطبقة الأحادية لغشاء الخلية للعديد من العتائق ، حيث تملأ الفراغ بين مجموعات رأس ثنائي جليسرول رباعي الإيثر. يُعتقد أن هذا يضيف مقاومة هيكلية للبيئات القاسية التي توجد فيها العديد من العتائق.

وبالمثل، يتكون المطاط الطبيعي من سلاسل بولي إيزوبرين خطية ذات وزن جزيئي عالٍ جدًا وجزيئات طبيعية أخرى. ^{[ 14 ]}

يتوفر الإيزوبرين بسهولة في الصناعة كمنتج ثانوي للتكسير الحراري للنفثا البترولية أو النفط، وكمنتج جانبي في إنتاج الإيثيلين . وعندما يكون التكسير الحراري للنفط أقل شيوعًا، يمكن إنتاج الإيزوبرين عن طريق نزع الهيدروجين من الإيزوبنتان . ويمكن تصنيع الإيزوبرين في خطوتين من الإيزوبوتيلين ، بدءًا بتفاعل برينز مع الفورمالديهايد لإنتاج الإيزوبرينول ، والذي يُجفف بعد ذلك إلى إيزوبرين: ^{[ 15 ]}

عندما يتم إنتاج الأسيتيلين الرخيص من كربيد الكالسيوم المشتق من الفحم ، يمكن دمجه مع الأسيتون لصنع 3-ميثيل بيوتينول الذي يتم بعد ذلك هدرجته وتجفيفه إلى إيزوبرين. ^{[ 16 ]}

يُنتج حوالي 800 ألف طن متري سنوياً. ويُستخدم حوالي 95% من إنتاج الإيزوبرين في إنتاج سيس-1،4-بولي إيزوبرين، وهو نسخة اصطناعية من المطاط الطبيعي . ^{[ 14 ]}

يتكون المطاط الطبيعي بشكل أساسي من بولي-سيس-إيزوبرين بكتلة جزيئية تتراوح بين 100,000 و 1,000,000 غ/مول. ويحتوي عادةً على نسبة قليلة من مواد أخرى، مثل البروتينات والأحماض الدهنية والراتنجات والمواد غير العضوية. وتتكون بعض مصادر المطاط الطبيعي، المعروفة باسم غوتا بيركا ، من ترانس-1،4-بولي إيزوبرين، وهو متماثل بنيوي له خصائص مشابهة، ولكنها ليست متطابقة. ^{[ 14 ]}

• المطاط الطبيعي
• النيوبرين

• غريفيل ويليامز، سي. (1860). "حول الإيزوبرين والكاوتشين". وقائع الجمعية الملكية في لندن . 10 : 516-519 . JSTOR 111688 . 

• تقرير عن المواد المسرطنة، الطبعة الرابعة عشرة؛ وزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية، دائرة الصحة العامة، البرنامج الوطني لعلم السموم
• مقال من مجلة ساينس نيوز يصف كيفية تحول الإيزوبرين الذي تطلقه النباتات إلى رذاذات مشتتة للضوء. مؤرشف بتاريخ 4 يونيو 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).