Mérföldkő a kémiai katalizátorok kutatásában
A minket körül vevő világ jelentős része mesterségesen előállított vagy módosított anyagokból áll, legyen szó egyszerű építőanyagokról, festékekről, műanyagokról vagy kifinomultabb növényvédőszerekről, gyógyszerekről. Az anyagok fenntartható előállításához hatékony kémiai átalakításokra van szükség, a folyamatot katalizátorok segítik. A katalizátorok a kémiai átalakulások sebességét és pontosságát szabályozzák: a megfelelően kiválasztott katalizátor sokszorosan meggyorsíthatja és költséghatékonyabbá teheti a folyamatokat, mivel sok köztes lépést válthat ki.
„A katalizátorkutatások egyik fő célja, hogy olyan új anyagokhoz jussunk, amelyek kisebb környezeti ártalommal és/vagy olcsóbban állíthatók elő, mint a manapság alkalmazott katalizátorok” – mondta Novák Zoltán, az ELTE Szerves Kémiai Tanszék egyetemi tanára. A Diagnosztika és Terápia Kiválósági Program kutatója munkatársaival környezetkímélőbb, új módszert fejlesztett ki a bonyolult folyamatok egyszerűsítésére.
Az ELTE szintetikus szerves és katalitikus kémiával foglalkozó vegyészei Gonda Zsombor, Novák Zoltán és Tolnai Gergely vezetésével 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 jelentős csökkentésével is ugyanazt a végeredményt érték el. Ennek egyik gyakorlati haszna például a növényvédőszer-iparban várható, ahol az ún. Suzuki-reakciót, ezáltal a palládiumot jelenleg hatalmas mennyiségben használják. A Suzuki-reakció nemcsak a növényvédőszer-iparban játszik fontos szerepet, hanem a gyógyszerfejlesztés egyik leggyakrabban használt kémiai reakciója is.
„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” – mondja Tolnai Gergely, az ELTE Szerves Kémiai Tanszék egyetemi adjunktusa, a Diagnosztika és Terápia Kiválósági Program kutatója.
Új katalizátorok keresése közben a valódi katalizátor minőségének meghatározása is fontos feladat. A kutatók ezért általános iránymutatást is összeállítottak a valódi katalizátor pontos formájának, minőségének meghatározásával kapcsolatban. 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. Az eredmények szerint a közleményben katalizátorként leírt anyag valójában csak hordozója egy különlegesen hatékony katalizátornak, amelyet 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.
A metódust bemutató publikáció a Nature Catalysis hasábjain jelent meg. Az ELTE Kémiai Intézet vegyészeinek eredményeit világszerte érdeklődés övezte, a kutatást a Chemistry World és a Chemical Engineering News kémiai szaklapokban is méltatták.