A gyógyszeripartól, a növényvédőszergyártáson át az építőanyagokig, életünk számos területén nélkülözhetetlenek a mesterségesen előállított anyagok. Az előállításukhoz pedig hosszú és időigényes kémiai átalakításokra van szükség. Az ELTE Diagnosztika és Terápia Kiválósági Program és a Kémiai Intézet vegyészeinek környezetkímélőbb, új módszere e bonyolult folyamatok egyes lépéseit gyorsítja – derül ki a kutatók a Nature Catalysis-ban megjelent publikációjából.

A minket körül vevő világ jelentős része mesterségesen előállított, vagy módosított anyagokból áll. Ezek tartják fent társadalmunkat, legyen szó egyszerű építőanyagokról, festékekről, műanyagokról, vagy a kifinomultabb növényvédőszerekről, gyógyszerekről.

Ahhoz, hogy ezekhez az anyagokhoz fenntartható módon jussunk hozzá, hatékony kémiai átalakításokra van szükség, amit katalizátorok használata segít elő.

A katalizátorkutatás jelentősége

A mesterségesen előállított anyagok létrehozása az anyag típusától függően többnyire összetett folyamat. Különböző reakciók és kémiai átalakulások eredménye a felhasználni kívánt anyag. A katalizátorok a kémiai átalakulások sebességét és pontosságát szabályozzák. Egy megfelelően kiválasztott katalizátor a folyamatokat sokszorosan tudja gyorsítani és esetenként olcsóbbá tenni, mivel sok köztes lépést válthat ki.

A katalizátorkutatások egyik fő célja, hogy olyan új anyagokhoz jussunk, melyek kisebb környezeti ártalommal és/vagy olcsóbban állíthatók elő, mint a manapság gyakran alkalmazott katalizátorok"

– mondta Novák Zoltán, az ELTE TTK, Kémiai Intézet, Szerves Kémiai Tanszékének egyetemi tanára, a Diagnosztika és Terápia Kiválósági Program kutatója.

Az ELTE szintetikus szerves és katalitikus kémiával foglalkozó vegyészei Gonda Zsombor, Novák Zoltán és Tolnai Gergely vezetésével legújabb kutatásukban a 2010-ben kémiai Nobel-díjjal jutalmazott Suzuki-Miyaura keresztkapcsolási reakcióban katalizátorként használt palládiumot vizsgálták. A kutatás egyik eredménye, hogy a reakciókban használt palládium mennyiségének csökkentésével is ugyanazt a végeredményt érték el. Ennek egyik gyakorlati haszna például a növényvédőszeriparban várható, ahol a Suzuki-reakciót, ezáltal a palládiumot jelenleg hatalmas mennyiségben használják, ami az új eredmények hatására jelentősen csökkenhet.

Mivel a Suzuki-reakció a gyógyszerfejlesztés egyik leggyakrabban használt kémiai reakciója, a palládium mennyiségi és működési ismerete a gyógyszer előállítás folyamatait is gyorsíthatja. Minél pontosabb egy katalizátorként használt anyag természetének és a reakciókban történő működésének ismerete, annál biztosabban kerülhető el, hogy általuk álpozitív eredmény jöjjön létre, vagyis sok korai sikertelen próbálkozást lehet kiküszöbölni.

Az új módszer lehetővé teszi, hogy a kutatások során gyakran álpozitív eredményeket adó új katalizátorokat már a kutatások korai szakaszában kiszűrjük. Így hatékonyan jutunk újfajta katalizátorokhoz, vagy a korábbiak hatékonyságát esetenként több nagyságrenddel javíthatjuk"

– mondta Tolnai Gergely, az ELTE TTK Kémiai Intézet, Szerves Kémiai Tanszékének egyetemi adjunktusa, a Diagnosztika és Terápia Kiválósági Program kutatója.

Az ELTE Kémiai Intézet vegyészeinek eredményeit akkora érdeklődés övezte világszerte, hogy a lektorálatlan cikkváltozat az összes valaha megjelent tudományos publikáció legolvasottabb 2 százalékába került, valamint a Chemistry World és a Chemical Engineering News kémiai szaklapokban is méltatták az eredmények fontosságát.

Egyszerűsödik a kémiai átalakításhoz használt katalizátorok feltérképezése

Új katalizátorok keresése közben a valódi katalizátor minőségének meghatározása egy fontos feladat. A kutatók egy általános iránymutatást hoztak létre annak érdekében, hogy a katalizátor pontos formáját meg lehessen határozni. Az iránymutatásban leírt elveket alkalmazva egy frissen megjelent közleményt sikerült pontosítaniuk azáltal, hogy a vélt katalizátort újfajta módszerekkel állították elő, különböző tisztítási módszereket alkalmaztak, az átalakítás körülményeit vizsgálták.

Kutatásaik eredményeképpen arra jutottak, hogy a közleményben katalizátorként leírt anyag valójában csak hordozója egy különlegesen hatékony katalizátornak, amit önmagában is alkalmazni lehet.

Az ELTE szintetikus szerves és katalitikus kémiával foglalkozó vegyészeinek munkáját, elméleti kémiai számolásokkal Daru János az ELTE Kémiai Intézetének adjunktusa, illetve analitikai mérésekkel May Zoltán tudományos főmunkatárs, az ELKH TTK kutatója segítette.

A kutatást az ELTE Diagnosztika és Terápia Kiválósági Programja is támogatta.