XXXV. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Átírás

1 Magyar Kémikusok Egyesülete Csongrád Megyei Csoportja és a Magyar Kémikusok Egyesülete rendezvénye XXXV. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK Program és előadás-összefoglalók Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza Szeged, október

2 Szerkesztette: Endrődi Balázs SZTE TTIK Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék ISBN

3 A MAGYAR KÉMIKUSOK EGYESÜLETE ÁLTAL NÍVÓDÍJJAL KITÜNTETETT DIPLOMADOLGOZATOK A ÉVBEN 3

4 4

5 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM (BME) JABLONKAI ERZSÉBET: Foszfinsavak alkilező észteresítésének vizsgálata LOPATA ANNA: A Mycobacterium tuberculosis dutpáz szubsztrát bekötődési útvonalának elméleti és kísérletes vizsgálata DEBRECENI EGYETEM (DE) DÁVID ÁGNES: Amilinfragmensek szintézise és oldategyensúlyi vizsgálata KOCZKA PÉTER ISTVÁN: Miniatürizált kapilláris elektroforézis rendszer kifejlesztése és tanulmányozása PAJTÁS DÁVID: Flavon-aminosav hidridek szintézise EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM (ELTE) BABAY-BOGNÁR KRISZTINA: Az izzólámpagyártás kezdetei KÓTAI BIANKA: Négyzetsavamid alapú bifunkciós organokatalizátor működésének elméleti vizsgálata MÁJUSI GÁBOR: Szubsztituált 1,2,5-szelenadiazolok előállítása és fotoelektronspektroszkópiai jellemzése PANNON EGYETEM (PE) VÁRADI TÜNDE: Vastartalmú dioxigenáz utánzó komplexek előállítása és dioxigénezési reakciójának vizsgálata PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM (PTE) SZUROCZKI PÉTER: Kinolin és kinoxalin alapú, nitroxidokkal mó-dosított PARP gátlók szintézise SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM (SZTE) METZINGER ANIKÓ: Folyadékminták mérése lézer indukált plazma spektroszkópiával MÓTYÁN GERGŐ: Nem várt átrendeződések azidoszteroidok 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakciók során SZABADOS ERIKA: (E)-2,3-difenilpropénsav származékok enantioszelektív hidrogénezése cinkona alka-loidokkal módosított palládium katalizátoron 5

6 6

7 ÁTTEKINTŐ PROGRAM 7

8 8

9 2012. október 29. hétfő Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza Regisztráció Megnyitó: Dr. Hannus István, egyetemi tanár, A Magyar Kémikusok Egyesülete Csongrád Megyei Csoportjának elnöke évi nívódíjak átadása: Simonné Dr. Sarkadi Livia, egyetemi tanár, A Magyar Kémikusok Egyesülete elnöke Androsits Beáta, A Magyar Kémikusok Egyesülete ügyvezető igazgatója éves a C-vitamin Szent-Györgyi Albert szegedi kutatásai Előadó: Dr. Hannus István, egyetemi tanár, Szegedi Tudományegyetem Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék 11:30 13:00 Ebédszünet Nívódíjas előadások szekciója I. Elnök: Simonné Dr. Sarkadi Livia 14:30 14:45 Szünet Nívódíjas előadások szekciója II. Elnök: Dr. Kiss Tamás Szünet Analitikai kémia I. Elnök: Dr. Sipos Pál Fogadás október 30. kedd Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza Szerves kémia I. Elnök: Dr. Wölfling János Szünet Fizikai kémia Elnök: Dr. Horváth Dezső Szünet 9

10 Szerves kémia II. Elnök: Dr. Frank Éva Szünet Katalízis Elnök: Dr. Pálinkó István Szünet Anyagtudomány I. Elnök: Dr. Kónya Zoltán Szünet Környezeti kémia, technológia Elnök: Dr. Hannus István október 31. szerda Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza Szerves kémia III. Elnök: Dr. Kovács Lajos Szünet Anyagtudomány II. Elnök: Dr. Szabó Tamás Szünet Kolloid kémia Elnök: Dr. Halász János Szünet Analitikai kémia II. Elnök: Dr. Janáky Tamás Szünet Elméleti és számítógépes kémia Elnök: Dr. Körtvélyesi Tamás Szünet Koordinációs kémia Elnök: Dr. Jakusch Tamás 10

11 Nívódíjas előadások szekciója I. Elnök: Simonné Dr. Sarkadi Livia Foszfinsavak alkilező észteresítése MW körülmények között Jablonkai Erzsébet (BME) Négyzetsavamid alapú bifunkciós organokatalizátor működésének elméleti vizsgálata Kótai Bianka (ELTE, MTA TTK) A Mycobacterium tuberculosis dutpáz szubsztrát bekötődési útvonalának elméleti és kísérletes vizsgálata Lopata Anna (MTA TTK) Flavon-aminosav hibridek szintézise Buchwald-Hartwig reakcióval Pajtás Dávid (DE) (E)-2,3-difenilpropénsav származékok enantioszelektív hidrogénezése cinkona alkaloidokkal módosított palládium katalizátoron Szabados Erika (SZTE, MTA EK) Kinolin és kinoxalin alapú, nitroxidokkal módosított PARP gátlók szintézise Szuroczki Péter (PTE) 11

12 Nívódíjas előadások szekciója II. Elnök: Dr. Kiss Tamás Az izzólámpagyártás kezdetei Babay-Bognár Krisztina (ELTE) Amilinfragmensek szintézise és oldategyensúlyi vizsgálata Dávid Ágnes (DE) Miniatürizált kapilláris elektroforézis rendszer alkalmazása kefalosporin antibiotikumok elemzéséhez Koczka Péter István (DE) Folyadékok vizsgálata LIBS spektroszkópiával Metzinger Anikó (SZTE) Nem várt átrendeződések azidoszteroidok 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakciói során Mótyán Gergő (SZTE) 12

13 Analitikai kémia I. Elnök: Dr. Sipos Pál Kalix[4]korona típusú K + -ionofor click immobilizálása PVC membránban potenciometriás szenzor fejlesztéséhez Czirok János Balázs (BME) Izoxazolin gyűrűvel kondenzált ciszpentacin származékok folyadékkromatográfiás vizsgálata koronaéter alapú királis állófázisokon Gecse Zsanett (SZTE) Izoxazolin gyűrűvel kondenzált 2-aminociklopentán karbonsav analógok sztereoizomerjeinek elválasztása ligandumcserés királis állófázison Grecsó Nóra (SZTE) Tripszin immobilizálása poli-dimetilsziloxán felületen fehérjék on-line bontásához Kecskeméti Ádám (DE) Fentiazin egységet tartalmazó anionszenzorok szintézise és molekuláris felismerőképességük vizsgálata Pál Dávid (BME) Bakteriális endotoxinok lipid-a régiójának szerkezetvizsgálata Sándor Viktor (PTE) Amfoter karakterű vegyület alkalmazása reszolválóágensként Szeleczky Zsolt (BME) 13

14 Szerves kémia I. Elnök: Dr. Wölfling János Szerves kémiai reakciók megvalósítása mikrohullámú technika alkalmazásával Bálint Erika (BME) Foszfinsavak észteresítése és amidálása Kiss Nóra Zsuzsa (BME) Dronsavak hatékony szintézise Kovács Rita (BME) Diels-Alder reaction of 2H-Pyran-2-ones and fused Pyran-2-ones with vinylgroup-containing dienophiles Amadej Juranivic (UL-Szlovénia) Oxiránok LiDA-KOR indukálta izomerizációja Turczel Gábor (BME) Négytagú heterociklusos vegyületek hidrogénezési reakcióinak vizsgálata Kovács Ervin (BME) 14

15 Fizikai kémia Elnök: Dr. Horváth Dezső Olvadék alapú elektrosztatikus szálképzés alkalmazása a gyógyszertechnológiában Balogh Attila (BME) Lakkáz-enzim rögzítése vezető polimer mátrixba magnetit nanorészecskék segítségével Kormányos Attila (SZTE) Termodinamikai paraméterek meghatározása szelektív inverzió felépülés módszerével Mizsei Réka (MTA TTK) Vajzsír hatása növényi olajok olvadási tulajdonságaira Pecznyik Csilla (BCE) Termoelektromos tulajdonságú szénnanocső szőnyeg/poli(3-hexiltiofén) kompozit előállítása és jellemzése Samu Gergely Ferenc (SZTE) Oldószerpárolgás hatása szén nanocsőfilmek elektromos ellenállására Schuszter Gábor (SZTE) Egyes zsírkeverékek kristályosodási tulajdonságai Soós Anita (BCE) 15

16 Szerves kémia II. Elnök: Dr. Frank Éva és 6-tagú P-heterociklusok rezolválása és komplexképzési reakciói Bagi Péter (BME) Akridin egységet tartalmazó királis állófázisok előállítása és vizsgálata Németh Tamás (BME) Fenilpirrol alapvázú királis ligandumok szintézise és alkalmazása Erdélyi Zsuzsa (BME) ,3-Diszubsztituált kuneánvegyületek szintézise és vizsgálata Szőnyegi Zoltán (ELTE) Optikailag aktív pirrol[1,2-a] pirimidine és pirimido[2,1-a] izoindolok előállítása retro Diels-Alder reakcióval Tóth Zita (SZTE) Fenantridon alkaloid analogonok totálszintézisének alapvegyületeként használatos szubsztituált benzilidénacetonok előállításának mellékreakciói Varró Gábor (BME) 16

17 Katalízis Elnök: Dr. Pálinkó István Királis alkoholok racemizációjának vizsgálata Ru(II)-komplex katalizátorokkal Marozsán Natália (DE) Kelátképző hibrid ligandumok vizsgálata palládium-katalizált aszimmetrikus allil-helyzetű szubsztitúciós reakciókban Farkas Gergely (PE) Egyfajta koordinálódó csoportot tartalmazó átmenetifém-komplexek távoli IR spektrumai kísérlet korrelációs táblázat összeállítására Varga Gábor (SZTE) Módosított szilikagél felületén kovalens kötéssel rögzített vasaminosavkeverék komplexek készítése, szerkezeti jellemzése és katalitikus aktivitásának vizsgálata Hancsákné Dudás Csilla (SZTE) Királis alkoholok racemizációjának vizsgálata Ir-komplex katalizátorokkal Erdei Anikó (DE) Alkinek katalitikus hidrogénezése új, vízoldható foszfint tartalmazó Ir(I)- karbén komplexekkel Szikszai Dorina (DE) Hidrogénezések vízben oldott és heterogenizált Pd(QS)2 katalizátorral Torma Krisztián (DE) N-alkil-1,3,5-triaza-7-foszfaadamantán Ru(II)-komplexei és alkalmazásuk homogén és heterogén katalizátorként Udvardy Antal (DE) Foszfin- és rézmentes Sonogashira kapcsolás Pd-szalán komplexekkel Voronova Krisztina (DE) 17

18 Anyagtudomány I. Elnök: Dr. Kónya Zoltán Fahéjsavanalogonok [2+2] topotaktikus ciklizációja CaFe réteges kettős hidroxid rétegei között Muráth Szabolcs (SZTE) Mesterséges extracelluláris mátrixok előállítása reaktív elektromos szálhúzással Molnár Kristóf (SE) Poli(N-izopropil-akrilamid) alapú hibrid polimerek és gélek Osváth Zsófia (MTA TTK, ELTE) Poliizobutilén alapú amfifil polielektrolit kotérhálók előállítása és ph-függő duzzadási tulajdonságaik vizsgálata ph szelepek konstruálásának céljából Pásztor Szabolcs (MTA TTK, ELTE) Poli(N-izopropilakrilamid)-l-poliaszparaginsav hidrogélek szintézise és tulajdonságainak vizsgálata Solti Katalin (BME) 18

19 Környezeti kémia, technológia Elnök: Dr. Hannus István A szén-dioxid kibocsátás csökkentése vizes ammónia oldatban történő elnyeletéssel Erdős Máté (BME) Nagyhatékonyságú oxidációs eljárások összehasonlítása fenilurea peszticidek vizes oldatainak kezelése során Kovács Krisztina (MTA EK) Aminos CO 2 elnyelető rendszer optimalizálása genetikus algoritmussal Nagy Dávid (BME) Különböző összetételű és hőmérsékletű termálvizek ionösszetételének csökkentése membránszűréssel Tonkó Csilla (BME) Hemicellulóz lebontó enzimek termelése és vizsgálata Trichoderma fonalasgomba fajokkal Tóth Karolina (BME) Cu-, Al- és Ni-tartalmú hidrotalcit alapú keverékoxid katalizátor alkalmazása hidrodeklórozási reakciókban Török Judit (SZTE) 19

20 Szerves kémia III. Elnök: Dr. Kovács Lajos Aromás foszfinsavak szintézise és proton disszociációs (pka) sajátságaik vizsgálata Bölcskei Adrienn (BME) Arilpirrol származékok szintézise Deák Szilvia (BME) Új indoloizokinolin-, illetve indolobenzazepin-származékok szintézise Sas Judit (SZTE) Halogénnel helyettesített vindolin-származékok reakciói Gyenese Judit (BME) N-acetilneuraminsav tartalmú fullerénszármazékok szintézise Hadházi Ádám (DE) Ösztránvázas D-homo vegyületek szintézise és antiproliferációs vizsgálata Szabó Johanna (SZTE) 20

21 Anyagtudomány II. Elnök: Dr. Szabó Tamás A kén hatásának vizsgálata a CCVD szintézissel előállított szén nanostrukturák szerkezetére Kecenovic Egon (SZTE) In 2 O 3 /MWCNT nanokompozitok előállítása és vizsgálata Berki Péter (SZTE) SnO 2 /MWCNT nanokompozitok előállítása és összehasonlító elemzése Pállai Zoltán (SZTE) Ón-dioxid - titán-dioxid / többfalú szén nanocső kompozitok előállítása és fotokatalitikus vizsgálata Péter Nóra (SZTE) Ipari jelentőségű réteges kettős hidroxidok előállítása és jellemzése Tóth Viktor (SZTE) 21

22 Kolloid kémia Elnök: Dr. Halász János Bifunkciós szilika nanorészecskék előállítása és jellemzése Pálmai Marcell (MTA TTK) Antropogén szerves szennyezők megkötődése vízben oldott humuszanyagokon Rádi József (PE) Ezüsttartalmú polimer mikrokapszulák előállítása algagátló festékhez Szabó Tamás (MTA TTK) Aszimmetrikusan poláris vegyületek adszorpciója természetes adszorbenseken Tóth Zoltán (PE) 22

23 Analitikai kémia II. Elnök: Dr. Janáky Tamás Kalibrációs módszerek vizsgálata stopped-flow készülékhez Ditrói Tamás (DE) Tenzid tartalmú kúpok analitikai problémái és megoldásai Dr. Kalmár Éva (SZTE) Többcsatornás mikrofluidikai rendszerek fejlesztése kromatográfiás alkalmazásokhoz Nagy Andrea (DE) Banán szöveten alapuló dopamin mérő bioszenzor továbbfejlesztése, az optimális működési paraméterek meghatározása Őri Zsuzsanna (PTE) Hogyan segíthet a modern műszeres analitika történelmi kérdések tisztázásában, avagy interdiszciplináris kutatások egy római kori sírkő körül Rácz Anita (DE) Kompozitalkotók felületi energiájának meghatározása inverz gázkromatográfiával Tollár Ágnes Nikolett (PE) 23

24 Elméleti és számítógépes kémia Elnök: Dr. Körtvélyesi Tamás Miért létezik élet? Gyevi-Nagy László (SZTE) Stacionárius diffúzió molekuláris szimulációja Monte-Carlo módszerrel Ható Zoltán (PE) A külső elektromos tér hatása alkálifém-ionok grafén klaszterre történő adszorpciójára Kánnár Dániel (PTE) Heparin-analóg oligoszacharidok szerkezete és antitrombin III fehérjével való kölcsönhatása: NMR vizsgálatok és elméleti számítások Timári István (DE) Egzotikus izomerizációs reakciók - megoldás egy általános reakció típusra Tóbiás Roland (SZTE) 24

25 Koordinációs kémia Elnök: Dr. Jakusch Tamás Szalicilaldehid szemikarbazonok fémkomplexeinek oldategyensúlyi vizsgálata Bognár Márta Gabriella (SZTE) Kalcium cukorkomplexek stabilitási állandóinak meghatározása kalciumionszelektív elektróddal Czeglédi Eszter (SZTE) A humán ZnT3 fehérje lehetséges fémkötő helyeinek azonosítása Dancs Ágnes (SZTE) A DNS kölcsönhatása potenciális gyógyszermolekulákkal, valamint azok réz(ii) és cink(ii) komplexeivel Krekuska Hajnalka (SZTE) Kalcium-heptaglükonát komplexek összetétele és egyensúlyai erősen lúgos oldatokban Kutus Bence (SZTE) Polipiridil ligandumok átmenetifém ionokkal alkotott komplexei Matyuska Ferenc (SZTE) Al(III)-glükonát rendszer oldatszerkezeti vizsgálata Bayer-típusú oldatokban Tasi Ágost Gyula (SZTE) 25

26 26

27 PLENÁRIS ELŐADÁS 27

28 28

29 80 éves a C-vitamin Szent-Györgyi Albert szegedi kutatásai Dr. Hannus István Szegedi Tudományegyetem Ismert, hogy Szent-Györgyi Albert orvosként szerzett diplomát, biológusként, biokémikusként, biofizikusként dolgozott, de a kémikusok is magukénak vallhatják, hiszen 1927-ben, Cambridge-ben kémiából doktorált. A doktori témája a mellékvese kéregből izolált, erősen redukáló anyag vizsgálata volt, amelynek ekkor, kis mennyisége miatt, csak az összegképletét tudta megállapítani (C 6 H 8 O 6 ), és ezt a hat szénatomos, savas kémhatású anyagot a publikáláshoz hexuronsavnak nevezte ban jött Szegedre és az akkor a Kálvária téren, a mai Déri Miksa középiskola épületében működő intézetében Svirbely Józseffel a tengerimalac teszt segítségével megállapították, hogy a hexuronsav maga a régóta keresett skorbut elleni faktor, a C-vitamin. 80 évvel ezelőtt megtalálták, hogy mindenféle (szegedi) paprika, az étkezésitől a csípős fűszer paprikáig valóságos C-vitamin bánya. Ezek és a korábban Hollandiában, Angliában a biológiai oxidáció terén elért eredményei alapján kapta meg az orvosi Nobel-díjat. Szent-Györgyi Albert eredményei, hagyatéka az egész emberiségé, a világörökség részét képezik. Nemzetközisége mellett azonban igazán a miénk, magyaroké és még inkább a miénk, szegedieké, hiszen innen indult el 1937 decemberében Stockholmba átvenni a kitüntetést, és ide is tért vele vissza 75 évvel ezelőtt. 29

30 30

31 NÍVÓDÍJAS ELŐADÁSOK SZEKCIÓJA I. 31

32 32

33 FOSZFINSAVAK ALKILEZŐ ÉSZTERESÍTÉSE MW KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT Jablonkai Erzsébet 1, Keglevich György 1 1 BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1521 Budapest, Magyarország A mikrohullámú technika alkalmazása manapság egyre szélesebb körben terjed a különféle reakciók megvalósítása során. Már ipari méretű átalakítás is ismeretes, azonban e téren igazi áttörés csak a közeli jövőben várható. Szintén környezetbarát reakciómegvalósítást tesz lehetővé a fázistranszfer katalitikus technika, melyet egyre inkább alkalmaznak a gyógyszer- és műanyagiparban. A foszfinátok előállíthatók foszfinsavak (1-hidroxifoszfolén-oxid, 1- hidroxifoszfolán-oxid, 1-hidroxi-1,2,3,4,5,6-hexahidrofoszfinin-oxid) alkil-halogenidekkel történő szilárd-folyadék kétfázisú alkilező észteresítésevel, így elkerülhető a foszfinsavkloridok alkalmazása [1,2,3]. Mikrohullámú körülmények között a normál reakcióképességű alkilezőszerrel végzett reakciók során a fázistranszfer katalizátor bemérése rövidebb reakcióidő alatt teljes átalakulást tett lehetővé. 1. ábra: Foszfinsavak alkilező észteresítése MW/ K 2 CO 3 n BuBr TEBAC + oldószer nélkül P P O OH ( 1.2 ekv.) O O n Bu 1, 3, 5 2, 4, 6 = R Me R = H (a), Me (b), R Me R = H (a), Me (b) A telített gyűrűt tartalmazó foszfinsav-származékok reakcióképessége jelentősen csökkent a telítetlen analógjaikhoz képest., Me 33

34 2. ábra: A MW körülmények között végzett alkilező észteresítések során elért legjobb eredmények ClTEBA T [ C] t [h] Termelés [%] (termék) (2a) 5% (2a) (2b) 5% (2b) (4a) 5% (4a) (4b) 5% (4b) (6) 5% (6) Kihívást jelentett számunkra a hőre érzékeny 1-hidroxi-1,2-hihidrofoszfinin-1-oxid és a 3-hidroxi-3-foszfobiciklohexán-1-oxid alkilező észteresítése [4]. 3. ábra: Hőre érzékeny foszfinsavak alkilező észteresítése O P OH + n BuBr ( 2 ekv.) K 2 CO 3 aceton O P O n Bu = R 1 Cl R 2, Cl Cl Me R 1 R 2 H Me Me H Ezen reakciók során a hagyományos hőközlés bizonyult hatékonyabbnak, így az alkilezéseket acetonban refluxáltatva valósítottuk meg. Azt tapasztaltuk, hogy amennyiben a hidroxi-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-oxid alkilezését 100 C-on oldószermentes körülmények között végeztük, a ciklopropán gyűrű felnyílt. Ilyen gyűrűfelnyílást korábban csak 110 C feletti hőmérsékleten tapasztaltak. Esetünkben valószínűleg a K 2 CO 3 bázis jelenléte segítette elő ezt az átalakulást. Hivatkozások: [1] Bálint, E.; Jablonkai, E.; Bálint, M.; Keglevich, Gy.; Heteroatom Chem. 21,. 211, [2] Keglevich, Gy.; Bálint, E.; Kiss, N. Zs.; Jablonkai, E.; Hegedűs, L.; Grün, A.; Greiner, I.; Curr. Org. Chem., 15, 1802, [3] Keglevich, Gy.; Kiss, N. Zs.; Bálint, E.; Jablonkai, E.; Grün, A.; Milen, M.; Frigyes, D.; Greiner, I.; Phosphorus, Sulfur, Silicon, 186, 802, [4] Jablonkai, E.; Bálint, E.; Balogh, Gy. T.; Drahos, L.; Keglevich, Gy.; Phosphorus, Sulfur, Silicon, 187, 357,

35 NÉGYZETSAVAMID ALAPÚ BIFUNKCIÓS ORGANOKATALIZÁTOR MŰKÖDÉSÉNEK ELMÉLETI VIZSGÁLATA Kótai Bianka 1, Pápai Imre 1 1 MTA TTK Szerves Kémiai Intézet, Elméleti Kémiai Laboratórium 1025 Budapest, Pusztaszeri út A múlt század végéig szerves vegyületek közvetlen enantioszelektív előállításához átmenetifémek királis ligandumokkal képzett komplexeit vagy enzimeket használtak katalizátorként. A szintetikus kémiában az ezredforduló tájékán jelent meg, és indult robbanásszerű fejlődésnek az organokatalízis, mint a katalitikus eljárások új ága. Az organokatalízis elnevezés David MacMillantől származik [1], és a kémiai reakciók sebességének szubsztöchiometrikus mennyiségű, kisméretű, az aktivitásért felelős molekularészletben fématomot nem tartalmazó szerves molekulákkal való növelését jelenti [2]. Az organokatalizátorok a szerves vegyületek változatosságának köszönhetően általában finomhangolhatók, de fejlesztésük sokszor próba szerencse alapon történik. Ennek legfőbb oka, hogy a reakciókra kifejtett hatásuk pontos mechanizmusa sok esetben nem ismert. A katalizátorok tervezhetőségéhez mechanizmusuk megértésére van szükség. Ehhez eredményesen alkalmazhatunk elméleti módszereket, melyek előnye, hogy segítségükkel a reakció során képződő intermedierek is azonosíthatók, amelyek bár fontos lépcsőt jelentenek a mechanizmus megértéséhez sokszor olyan alacsony koncentrációban vannak jelen a reakcióelegyben, hogy azok kísérleti vizsgálata nem lehetséges. Munkám során a bifunkciós organokatalizátorok egyik új képviselőjének, egy királis négyzetsavamid-származéknak a működését vizsgáltam elméleti módszerekkel két Michael-addíciós reakcióban. 1. ábra A vizsgált katalizátor Elvégeztem a katalizátor részletes konformációs analízisét. Azt tapasztaltam, hogy a röntgendiffrakcióval megállapított szerkezeten kívül egyéb konformerek is stabilizálódhatnak diklórmetános oldatban. A bifunkciós katalízis modelljének megfelelő konformerek mindössze 15,2%-át teszik ki a lehetséges katalizátor szerkezeteknek. A többi 35

36 konformer nem tekinthető a bifunkciós katalízis szempontjából aktív formának, de a szubsztrátokkal történő kölcsönhatás előnyösen preorganizálhatja a katalizátor aktív centrumait. Az egyik vizsgált reakció acetil-aceton és nitrosztirol organokatalitikus Michaeladdíciója volt, amelyben egy kiralitáscentrum alakul ki, így egy enantiomerpár keletkezhet. A kísérleti eredmények alapján a katalizátor használatával a reakció kitűnő termeléssel és enantioszelektivitással megy végbe. Az organokatalitikus reakció mechanizmusára két modellt ismerünk. Azonosítottam a C C kapcsolás lehetséges átmeneti állapotait, és azok relatív szabadentalpiái alapján becslést adtam a reakció enantioszelektivitására a két lehetséges reakcióúton. Az eredmények mindkét úton kvalitatív egyezést mutattak a kísérleti adatokkal, így ez alapján nem dönthettem a modellek használhatóságáról. Kiszámítottam a reakció egy részének szabadentalpia diagramját, mely magába foglalja az acetil-aceton deprotonálását és a legkedvezőbb átmeneti állapoton keresztül bekövetkező C-C kapcsolást. Azt tapasztaltam, hogy a katalizátor szubsztrát komplexek létrejötte termodinamikailag kedvezőtlen. Ezek a specieszek csak nagyon kicsi koncentrációban vannak jelen a reakcióelegyben, de reaktív intermediereknek tekinthetők. A C C kötés létrejötte a sebességmeghatározó lépés, de nagy szabadentalpia nyereséget jelent. A másik vizsgált reakció etil-2-oxo-ciklopentán-karboxilát és nitrosztirol organokatalitikus Michael-reakciója volt. Itt az 1,3-dioxovegyület aszimmetriája miatt két kiralitáscentrum alakul ki a reakció során, így négy sztereoizomer termék keletkezhet. Ebben a reakcióban is azonosítottam a C C kapcsolás lehetséges átmeneti állapotait, és ennek alapján megbecsültem a két enantiomerfelesleget és a diasztereomer arányt mindkét lehetséges modellre. A kapott diasztereomer felesleg kísérleti eredményekkel való összehasonlításával dönteni tudtam a irodalomban javasolt reakciómechanizmusok alkalmazhatóságáról. Kapcsolatot teremtettem a vizsgált reakciók azonosított átmeneti állapotainak geometriája, az azokat jellemző kölcsönhatások és a TS-ek relatív szabadentalpiája között. Irodalomjegyzék [1] K. A. Ahrendt, C. J. Borths, and D.W. C. Macmillan. J. Am. Chem. Soc., 122: , [2] P. I. Dalko and L. Moisan. Angew. Chem. Int. Ed., 43: ,

37 KIS KONFORMÁCIÓS VÁLTOZÁST IGÉNYLŐ NUKLEOTID KÖTŐDÉS A dutpáz ENZIM REJTETT AKTÍV CENTRUMÁBA Lopata Anna 1,2, Leveles Ibolya 1, Bendes Ábris Ádám 1, Viskolcz Béla 2, Vértessy G. Beáta 1,3, Jójárt Balázs 2, Tóth Judit 1 1 MTA TTK Enzimológiai Intézet, Budapest, Karolina út 29, SzTE Kémiai Informatika Tanszék, Szeged, Boldogasszony sgt. 6, BME VBK Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, Budapest, Szent Gellért tér 4, 1111 A dutpáz enzim alapvető szerepet játszik a DNS integritásának megőrzésében, mivel a dutp (dezoxi-uridin-trifoszfát) hidrolízisét katalizálja dump-vé és pirofoszfáttá, meghatározva ezzel a sejtbéli dutp:dttp arányt. Ezen enzim esszencialitását több fajban is bizonyították (Escherichia coli [1], Saccharomyces cerevisiae [2], Mycobacterium smegmatis [3] ), ezért célzott gyógyszercélpont lehet különböző kórokozók, többek között a tuberkulózis gyógyításában. Jelen munkánkban a dutpáz enzim nukleotid kötését vizsgáltuk molekula dinamikai, szerkezeti biológiai és biokémiai módszerekkel. Az RAMD (random acceleration molecular dynamics) módszer segítségével több lehetséges nukleotid kötődési útvonalat tártunk fel (1. ábra). A szimulációk során egy új kölcsönhatási pontot fedeztünk fel, amelyet biokémiai módszerekkel írtunk le. Ez a kölcsönhatási pont, amely az Actinobacteria törzsben konzervált, fontos szerepet játszik a nukleotid kötődési folyamatban. 1. ábra Nukleotid kötődési útvonalak a dutpáz enzim aktív centrumába 37

38 Eredményeink egy újfajta nukleotid kötődési mechanizmust támasztanak alá. Habár az enzim rejtett aktív centrumát a C-terminális kar eltakarja, a nukleotid kötődés csak kis konformációs változást igényel. A bekötődési folyamat során a C-terminális kar nem tekeredik le, csak kis mértékben odébb mozdul, hogy a nukleotid elérje az aktív centumot. [1] el-hajj HH, Zhang H, Weiss B (1988) Lethality of a dut (deoxyuridine triphosphatase) mutation in Escherichia coli. J Bacteriol 170: [2] Gadsden MH, McIntosh EM, Game JC, Wilson PJ, Haynes RH (1993) dutp pyrophosphatase is an essential enzyme in Saccharomyces cerevisiae. EMBO J 12: [3] Pecsi I, Hirmondo R, Brown AC, Lopata A, Parish T, Vertessy BG, Toth J (2012) The dutpase enzyme is essential in Mycobacterium smegmatis. PLoS One 7, e

39 FLAVON-AMINOSAV HIBRIDEK SZINTÉZISE BUCHWALD- HARTWIG REAKCIÓVAL Pajtás Dávid 1 1 Debreceni Egyetem, Szerves Kémiai Tanszék, 4010 Debrecen, Egyetem tér 1. A flavon és származékai, a flavonoidok (1. ábra), a növényvilág egyik legjelentősebb molekulacsaládját alkotják. Jelenlétét kimutatták a növények virágaiban, a leveleiben, azon belül a levélerezetben, de még a levélviaszban is. Gyakorlatilag minden növényi részben kisebb-nagyobb mennyiségben előfordul valamilyen módosulatuk. 1. ábra Antioxidáns hatásuk révén enyhítik az oxidatív stresszt, és betölthetnek gyulladáscsökkentő funkciót is. Sok gyümölcsben (főleg citrusfélékben), de a tealevélben is nagy mennyiségű antioxidáns hatású flavonoid halmozódik fel, melynek fogyasztása az emlősökre, így az emberre is jótékony hatású. Antioxidáns tulajdonsága mellett a több ezer izolált flavonoid nagy részéről kimutattak antifungális, antibakteriális és antivirális hatást is, mely a mikroorganizmusok szaporodásának inhibiálásán keresztül fejti ki hatását, ezzel biztosítva a növény immunrendszerét. Az aminoflavonoidok számos egyéb jelentős hatással is rendelkezhetnek. Több származékról bebizonyosodott, hogy antitumor hatással bírnak, melyet a ciklin-függőkináz, vagy a protein-függő-kináz gátlásán, esetleg antiösztrogén tulajdonságon keresztül fejtenek ki. Munkám során A-gyűrűben szubsztituált 6- és 7-halogénflavon származékok Buchwald-Hartwig reakcióját hajtottam végre, kezdetben szisztematikusan kiválasztott primer és szekunder aminokkal, illetve anilinszármazékokkal (2. ábra). 39

40 2. ábra Ennek során megállapítottam, hogy a 7-es pozíciójú kapcsolás egyértelműen preferáltabb, valamint hogy a brómflavonok reaktivitása is számottevően meghaladja a megfelelő klórflavonok reaktivitását. A továbbiakban 7-brómflavon esetén kiterjesztettem a kapcsolást karboxil-védett aminosav észterekre is, bár kezdetben a reakciókörülmények okozta racém termékelegyet kaptam. Hosszas optimálást követően sikerült olyan körülményeket találnom, minek segítségével aminosav észtereket sikerült közepes, illetve jó hozammal, és jó, illetve kiváló enantiomerfelesleggel a flavon 7-es pozíciójába kapcsolni (3. ábra). 3. ábra A kapcsolást aminosav-észtereken túl kiterjesztettem dipeptid-metilészterekre is ezzel flavon-dipeptid hibrid molekulákhoz jutva (4. ábra). 40

41 4. ábra Flavon-dipeptid hibrid molekulákhoz jutottunk oly módon is, hogy a meglévő flavon-aminosav hibrid molekulát karbonsavvá hidrolizáltam, majd klasszikus peptidszintézis során kapcsoltam egy másik aminosav észterrel (5. ábra). 41

42 5. ábra Minden esetben vizsgáltuk az előállított molekulák sztereokémiai viszonyait és királis HPLC méréssel az esetek többségében meghatároztuk a konfigurációs izomerek arányát. 42

43 (E)-2,3-DIFENILPROPÉNSAV SZÁRMAZÉKOK ENANTIOSZELEKTÍV HIDROGÉNEZÉSE CINKONA ALKALOIDOKKAL MÓDOSÍTOTT PALLÁDIUM KATALIZÁTORON Szabados Erika 1, Dr. Szőllősi György 2 1 MTA Energiatudományi Kutatóközpont, 1121 Budapest, Konkoly Thege Miklós út MTA Sztereokémiai Kutatócsoport, SZTE Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8. A szintetikus szerves kémiában napjainkra egyre fontosabb követelmény lett az optikailag tiszta királis vegyületek előállítása, amelyek széleskörű alkalmazása elsősorban a gyógyszeriparban, a nagytisztaságú enantiomerek iránti igény növekedéséhez vezetett. Számos katalitikus rendszert dolgoztak ki optikailag tiszta szerves intermedierek előállítására, azonban gazdaságossági és a jelenleg bevezetett szigorú környezetvédelmi szempontok egyre jobban az aszimmetrikus heterogén katalitikus rendszerek fejlesztését helyezik előtérbe. Ezek közül a leghatékonyabbnak a királisan módosított fémkatalizátorok bizonyultak. Munkám során telítetlen karbonsavak enantioszelektív hidrogénezését vizsgáltam cinkona alkaloidokkal módosított Pd katalizátoron. Az (E)-2,3-difenilpropénsav és származékainak hidrogénezésével kiemelkedő enantioszelektivitás érhető el. Ugyanakkor a klór-szubsztituált származékok átalakulása, vagyis a szubsztituens helyzetétől függő C-Cl kötés hidrogenolízise is ismert. Ezért vizsgáltam néhány (E)-2,3-difenilpropénsav klórszubsztituált származékának hidrogénezését, cinkona alkaloidokkal módosított palládium katalizátoron. E vegyületek megfelelő kiindulási anyagnak bizonyultak különböző szerkezetű cinkona alkaloid módosítók által létrehozott felületi királis centrumok alakjának tanulmányozására. A feltérképezéshez C 9 -OH csoportot éteresített, és nem éteresített formában tartalmazó cinkona alkaloidokat használtam, esetenként az étercsoport méretét is változtatva. A kapott szelektivitások és enantioszelektivitások alapján megállapítottam, hogy a cinkona alapvázhoz kapcsolódó csoport térkitöltése alapvetően meghatározza a királis centrum alakját, így jelentős befolyása van a kiindulási karbonsav adszorpciójának módjára. Ennek kimutatására szolgált a klór szubsztituens hidrogenolízisének eltérő sebessége a különböző cinkona alkaloid származékkal módosított felületen. Következtetéseim lehetővé tehetik e nagy jelentőségű heterogén enantioszelektív katalitikus rendszer tovább fejlesztését és alkalmazhatóságának bővítését. Kulcsszavak: enantioszelektív hidrogénezés, heterogén katalizátor, cinkona alkaloidok, palládium,, -telítetlen karbonsav, klór szubsztituens, királis centrum 43

44 KINOLIN ÉS KINOXALIN ALAPÚ, NITROXIDOKKAL MÓDOSÍTOTT PARP GÁTLÓK SZINTÉZISE Szuroczki Péter 1, Dr. Kálai Tamás 2 1 PTE Természettudományi Kar 2 PTE, ÁOK, Szerves és Gyógyszerkémiai Intézet 8-Karbamoilkinolinból (I) [1] kiindulva, Sonogashira-, Suzuki- és click-reakciókkal, 3-helyzetben öt- és hattagú-nitroxidokkal, valamint azok szekunder amin elővegyületeivel módosított, várhatóan PARP-1 inhibitor hatást mutató vegyületeket szintetizáltunk (II). 2,3- Diaminobenzamidból (III) hagyományos kondenzációs reakcióban 2,3-helyzetben metil, fenil és 2-piridil csoportokkal módosított 5-karbamoil-kinoxalinszármazékokat (IV) kaptunk, feltételezve, hogy e vegyületek is mutathatnak PARP-1 inhibitor hatást. Az új vegyületek antioxidáns és PARP inhibitor hatását 1-metil-2-nitro-1-nitrozoguanidinnel (MNNG) és hidrogén-peroxiddal indukált sejtpusztulási kísérletekben vizsgáltuk. Az előállított vegyületek közül az 5-karbamoil-2,3-dimetilkinoxalin védte ki leginkább az MNNG által indukált sejtpusztulást. A hidrogén-peroxid indukált sejtpusztulásos folyamatokban a legtöbb kinolin- és kinoxalinszármazék 1 μm koncentráció mellett a 8-karbamoilkinolinnál (I) hatékonyabb antioxidánsnak bizonyult, de nem érte el a korábban közölt 4-karbamoilbenzimidazolok hatékonyságát [2]. Mindezek alapján további kinoxalinszármazékok szintézisét és vizsgálatát tervezzük. N Q Y n N CONH 2 I NH 2 N CONH 2 II N R CONH 2 III NH 2 IV N CONH 2 R Y: -, n: 0, 1 N N N Q: H, O R: CH 3, Ph, 2-piridil [1] Lord, A. M.; Mahon M. F.; Lloyd, M. D.; Threadgill, M. D.; J. Med. Chem. 2009, 52, 868. [2] Kálai, T.; Balog, M.; Szabó, A.; Gulyás, G.; Jekő, J.; Sümegi, B.; Hideg, K. J. Med. Chem. 2009, 52,

45 NÍVÓDÍJAS ELŐADÁSOK SZEKCIÓJA II. 45

46 46

47 AZ IZZÓLÁMPAGYÁRTÁS KEZDETEI Babay-Bognár Krisztina 1, Riedel Miklós 2 1 Móricz Zsigmond Gimnázium, Budapest, 2 ELTE Kémiai Intézet, Budapest Napjainkban éljük át a fényforrások korszakváltását az izzólámpáktól a fénycsöveken, gázkisülési csöveken keresztül a LED-ek irányába. Ez adja az aktualitását annak, hogy visszapillantsunk a hungarikumnak is tekinthető izzólámpa korai történetére; továbbá annak is, hogy a régi és az új típusú fényforrásokkal kapcsolatos információk a kémia tananyagban a mindennapi fontosságuknak megfelelően a jelenleginél nagyobb súlyt kapjanak. Kevesen tudják, hogy a magyar találmányoknak milyen fontos szerep jutott a világítástechnika területén. Az izzólámpagyártás korai szakaszáról, különösen a volfrámszálas izzólámpa kifejlesztésének és sorozatgyártásának kezdeteiről nagyon sok téves információ található a különböző médiumokban. Alig található adat a szerzők egyike (B-B. K.) dédapjáról dr. Just Sándorról (eredeti nevén dr. Alexander Just), valamint munkatársáról és barátjáról Hanaman Ferencről (Eredeti nevén Franjo Hanaman), akik a volfrámszálas izzólámpagyártás első megvalósítói voltak. A Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatalában (régebbi nevén Szabadalmi Hivatal), a Magyar Elektrotechnikai Múzeumban és a szakirodalomban fellelhető adatokon kívül elsődlegesen a Just Sándor családja birtokában lévő korabeli, eddig nem publikált adatokra (levelezés, publikálatlan kéziratok, visszaemlékezések, szabadalmi leírások, családi tárgyi hagyatékok, születési anyakönyvi kivonat, házasságlevél, doktori oklevél, Just Sándor német nyelvű kézirata az izzólámpa történetéről stb.) és fotókra támaszkodva teszünk kísérletet a hiányok pótlására, a hibás, pontatlan adatok javítására, segítve ezzel azt, hogy a jövőben a szak- és népszerűsítő irodalomban a valós tények szerepelhessenek. Néhány a fontosabb hibás és korrigált adatok közül: - a kutatók nevének helyes és egyértelmű leírása, - a két kutató eredeti nemzetisége, állampolgársága, - a találmányok bejelentési időpontja és a sorozatgyártás kezdete, - a magyarországi izzólámpagyártás kezdetének időpontja, - gyakran közölt fényképek, amelyeken a szereplő személyek hibásan vannak megadva, - korrekt és részletes életrajzi adatok Just Sándorról, - Just Sándor sírköve a Farkasréti Temetőben. A jelenleg is használatban lévő kémia tankönyvek sajnos nagyon kevés információt tartalmaznak a volfrámmal, illetve a fényforrásokkal kapcsolatban, és meg sem említik a magyar vonatkozások egyik legfontosabbját a Just-Hanaman feltalálópáros munkáját. A téma is hozzájárulhat a kémia tantárgy életközelibbé tételéhez. Hiszen azontúl, hogy a diákok betekintést kaphatnak az izzólámpák és különböző világítótestek kifejlesztésének nehézségeibe, illetve abba a hatalmas versengésbe, ami ezt az iparágat jellemezte, a felhasznált elemek, vegyületek sokasága a kémia különböző területeinek 47

48 könnyedebb, élvezetesebb megismeréséhez vezethet. Ismertetünk néhány, a nemzetközi kémiaoktatási módszertani szakirodalom, valamint saját fejlesztéseink alapján az iskolákban kivitelezhető demonstrációs kísérletet (volfrám oxidációja izzólámpában, a volfrám sűrűségének egyszerű meghatározása, izzólámpák, kompakt fénycsövek spektrumának egyszerű előállítása, volfrám-oxid redukciója különböző fémekkel). Ezekhez kapcsolódik egy olyan periódusos rendszer, amely a periódusos rendszer elemeinek fényforrásokban való előfordulását mutatja be. Összefoglalást készítettünk a régi és a ma is használatos fényforrásokról, amely segítséget nyújthat a tanároknak egy-egy ilyen témájú órára való felkészüléshez, vagy a téma iránti érdeklődés felkeltéséhez. 1.ábra Dr. Just Sándor (jobbról) és Hanaman Ferenc (balról) közös fényképe 48

49 AMILINFRAGMENSEK SZINTÉZISE ÉS OLDATEGYENSÚLYI VIZSGÁLATA Dávid Á. 1, Kállay Cs. 1,2, Várnagy K. 1, D. Sanna 3, Sóvágó I. 1 1 Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, Debreceni Egyetem, H-4010 Debrecen, 2 MTA-DE Homogén Katalízis Kutatócsoport, H-4010 Debrecen 3 Istituto CNR di Chimica Biomolecolare, trav. La Crucca 3, I Li Punti, Sassari, Italy Az amilin egy 37 aminosavból álló polipeptid, biológiai szerepe a vércukorszint szabályozásához köthető. A II. típusú cukorbetegség során a hasnyálmirigyben az amilin peptidláncának aggregációja következik be, melynek mechanizmusa és oka eddig még nem ismert. Régóta tudják azonban, hogy a különböző neurodegeneratív betegségek kialakulása alapvetően a fehérjemolekulák konformációváltozásával van kapcsolatban, melyben egyes fémionoknak is szerepe lehet. Ezen folyamatok megértéséhez nagyban hozzájárulhat a patkány amilinjének vizsgálata is, megfigyelték ugyanis, hogy a patkány amilinje nem mutat hajlamot ilyen plakkok képzésére. A humán és a patkány amilin szekvenciája 84%-ban azonos, a leglényegesebb különbség azonban az, hogy a patkány amilinje nem tartalmaz hisztidint. A patkányamilin vizsgálata során mégis azt találták, hogy képes megkötni a fémiont. Ez azért érdekes eredmény, mert a szekvencia nem tartalmaz olyan horgonycsoportokat, amelyek elősegítenék a Cu(II)-ion kötődését (His, Cis, terminális aminocsoport). Így felvetődött a polipeptidben lévő, poláris oldalláncú aminosavak (Arg, Ser, Asn) lehetséges szerepe a fémmegkötésben. Eddigi munkám során olyan amilinfragmenseket állítottam elő szilárdfázisú peptidszintézissel, amelyek különböző szekvenciában a fenti oldalláncokat tartalmazzák. A fragmensek és mutánsaik szisztematikus vizsgálatával arra kerestük a választ, hogy melyik oldallánc és milyen mértékben játszik szerepet a fémionok megkötésében. A védett [1], illetve szabad N-terminussal rendelkező fragmensek (NH 2 VRSSNN NH 2, NH 2 VRSS NH 2, NH 2 SSNN NH 2, Ac VRSSNN NH 2, Ac SSNN NH 2, Ac VRSS NH 2, Ac VRAA NH 2, Ac VASS NH 2,) vizsgálata során ph-potenciometriát, UV-Vis spektroszkópiát, valamint CD-spektroszkópiát alkalmaztunk, emellett egy olaszországi együttműködés keretében ESR-vizsgálatokat is végeztek. Eddigi munkánk során valóban sikerült tovább szűkíteni azt a szakaszt a szekvenciában, melynél megindulhat a Cu(II)-ionnak a 37 tagú polipeptidhez való koordinációja. Eredményeink ugyanakkor arra is utaltak, hogy nem egy funkciós csoport, hanem a poláris csoportok együttes jelenléte okozza a koordinációt. Ugyanakkor az is felvetődött, hogy a jól ismert horgonycsoportok (His, Cis) mellett az aszparagin amidcsoportja is funkcionálhat horgonycsoportként. [1] Cs. Kállay, Á. Dávid, S.Timári, E. M. Nagy, D. Sanna, E. Garribba, G.Micera, P. De Bona, G. Pappalardo, E. Rizzarelli, I. Sóvágó: Copper(II) complexes of rat amylin fragments, Dalton Trans. 40 (38), (2011) Munkánkat a TÁMOP-4.2.2/B-10/ jelű, A Debreceni Egyetem tudományos képzési műhelyeinek támogatása című projekt és az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (K 72956) támogatta. 49

50 MINIATÜRIZÁLT KAPILLÁRIS ELEKTROFORÉZIS RENDSZER ALKALMAZÁSA KEFALOSPORIN ANTIBIOTIKUMOK ELEMZÉSÉHEZ Koczka Péter István 1, Gáspár Attila 1 1 Debreceni Egyetem, Természettudományi és Technológiai Kar, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 4010 Debrecen, Pf. 21. Kutatómunkám során összeállítottam egy olyan mikrofluidikai rendszert, amelyben a hagyományos kapilláris elektroforézisnél (CE) használt kvarckapillárist egy műanyag mikrocsipbe integráltam (μ-ce). A csipen lévő csatornamintázatot AutoCAD szoftverrel terveztem meg és polidimetilsziloxánból (PDMS) készítettem az ún. lágylitográfiás módszerrel [1]. Kihasználtam a PDMS azon előnyös tulajdonságát, hogy rugalmasságának köszönhetően olyan csatlakozás alakítható ki a mikrocsip és a kvarckapilláris között, amely teljes zárást biztosít, megakadályozva a folyadék szivárgását. A PDMS csipen lévő csatornamintázattal (egy korábban kifejlesztett módszerrel, a split-flow injektálással) nagyon kicsi (0,2-0,5 nl) mintamennyiség injektálására adódott lehetőség [2]. A mintabeviteli-eljáráshoz egy belső kamrával (rotorral) felszerelt mikroinjektort alkalmaztam, amellyel sorozatinjektálás is végrehajtható volt. A PDMS csipen végzett injektálás után a komponensek tényleges elválasztása a kvarckapillárisban történt. Detektálási egységként egy miniatürizált száloptikás UV spektrofotométert használtam. A detektálás elve megegyezett a hagyományos CE-nél alkalmazottéval, vagyis a minta komponenseit közvetlenül a kapillárison keresztül detektáltam (on-capillary detection). Az így összeállított rendszert 6 komponensű kefalosporin antibiotikumok elektroforetikus elválasztásával teszteltem. A kefalosporinok alapvonalon történő elválasztása kevesebb, mint 8,5 percet igényelt. 1. ábra μ-ce rendszer száloptika 50

51 Habár a házilag készített μ-ce rendszer mind méretében, tömegében, előállítási költségében nagyságrendekkel elmarad a hagyományos kapilláris elektroforézis készüléktől, az elválasztási hatékonyság (elméleti tányérszám, felbontás) számottevően nem különbözik a két rendszert összehasonlítva. A miniatürizált CE előnyei között említhető tehát a kicsi méretnek köszönhető hordozhatóság, a további szerteágazó fejlesztési lehetőségek, valamint az alacsony költség, mivel az egész rendszer olcsó és eldobható építőelemekből áll (PDMS csip, kvarckapilláris). [1] D.C. Duffy, J.C. McDonald, O.J.A. Schueller, G.M. Whitesides, Anal. Chem., 1998, 70, [2] A. Gaspar, P.I. Koczka, H. Carmona, F.A. Gomez, Microchem.J., 2011, 99,

52 FOLYADÉKMINTÁK VIZSGÁLATA LIBS SPEKTROSZKÓPIÁVAL Metzinger Anikó 1, Galbács Gábor 1 1 SZTE, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7. A lézer indukált vagy másképpen letörési spektroszkópia (LIPS) az atomemissziós spektroszkópiai módszerek csoportjába tartozik. Napjainkra igen széles körben alkalmazzák ezt a módszert. Kezdetben főként szilárd minták vizsgálatára használt módszer volt, azonban egyre többször kerül előtérbe a folyadékok, illetve gázok vizsgálata is. Az ipar számára ugyanis igen fontos lenne, ha közvetlenül folyadékokat lehetne mérni LIPS-szel. A folyadék termékek és reagensek összetételének vizsgálata mellett fontos alkalmazás lehet a magas nyomású és hőmérsékletű folyadékok (pl. erőművek hőcserélő közegei, pneumatikus közegek, hidrotermális források, stb.) vagy akár olvadt ötvözetek mérése, különösen mivel ezzel a technológiával távolról is lehet méréseket végezni. A folyadékok vizsgálata azonban sajnos nehezen kivitelezhető, mivel számos technikai nehézség, probléma áll fenn ezzel kapcsolatban. Folyadékminták esetében, amelyek sokszor kevéssé abszorbeálnak a látható és NIR spektrumtartományban, a plazma nem a folyadék felszínén fog keletkezni, hanem a tömbi fázisban, ahonnan az emittált fény kivezetése, összegyűjtése nehézkes. További problémát jelent, hogy a folyadék a plazmaképződést kísérő lökéshullám hatására mozgásba lendül, arról cseppek válnak le, ami sem a fókuszálásnak, sem az optikának nem kedvez. A folyadék belsejében képződő buborékok is megváltoztatják az optikai körülményeket. Ezeket a problémákat a legtöbb alkalmazás során úgy próbálják meg kiküszöbölni, hogy a mintát folyadék halmazállapotból szilárd fázisba konvertálják. Ennek megoldásai közé tartozik a valamilyen hordozóra történő rászárítás, illetve hordozó szilárd porral való összekeverés és tablettázás. Az irodalomban található még példa a kifagyasztás módszerére is. Munkám során azokat a folyadék mintaelőkészítési módszereket vizsgáltam meg és hasonlítottam össze, amelyeket az irodalomban LIPS mérések céljaira leírtak vagy amelyekkel témavezetőm kutatócsoportjában jelenleg is kísérleteket folytatunk. Összesen hat módszert vizsgáltam meg, amelyek két csoportba sorolhatók: a folyadék-szilárd konverziót alkalmazó módszerek, illetve a közvetlenül a folyadékokat mérő módszerek csoportjába. A vizsgált módszerek mindegyike esetében standard oldatok segítségével optimáltam a releváns kísérleti paramétereket és felmértem az elérhető analitikai teljesítményt. Megállapítottam, hogy megfelelő kísérleti elrendezés esetén a legtöbb módszerrel elérhetők a ppm szintű kimutatási határok. A vizsgált módszerek közül a legígéretesebbnek a tárgylemezre szárítás módszerét találtam, mivel ebben az esetben tapasztaltam a legkevesebb problémát és a kimutatási határ alacsonyabb a többi módszerhez képest. A legnehezebbnek szendvics és a chip módszerek alkalmazása bizonyult, amelyek újdonságnak számítanak a területen, egyes alkalmazások számára (pl. biológiai eredetű vagy más veszélyes folyadékminták vizsgálata) jelentős potenciális előnyöket hordozhatnak, ezért további kutatásokat érdemelnek. Ezeknél a módszereknél a minták zárt rendszerben kerülnek mérésre, így a laboratóriumi környezet elszennyezésének veszélye minimális; a mintatartók pedig használat után megsemmisíthetők. 52

53 NEM VÁRT ÁTRENDEZŐDÉSEK AZIDOSZTEROIDOK 1,3-DIPOLÁRIS CIKLOADDÍCIÓS REAKCIÓI SORÁN Mótyán Gergő 1, Kádár Zalán 1, Frank Éva 1, Huber Judit 1, Schneider Gyula 1, Wölfling János 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8. Az elmúlt időszakban a farmakológiai és gyógyszerhatástani kutatások során felismerték, hogy a heterociklusos szteránvázas vegyületek jó antitumor hatással rendelkezhetnek különböző rákos sejtvonalakon. Kutatásunk során a szintézisút dehidroepiandroszteronra (DEA) épült, mely az emberi szervezetben az androgén és az ösztrogén hormonok prekurzora, számos élettani folyamatban jelentős szerepet tölt be. A DEA és származékai részt vesznek egyes biológiai funkciók szabályozásában, többek között a sejtproliferációban, ám hatásuk nagymértékben függ a térszerkezetüktől, telítetlenségük mértékétől és a 3-as és 17-es, illetve egyéb helyzetben lévő funkciós csoportjaik minőségétől. Ezen paraméterek mind hozzájárulnak és befolyásolják az egyes receptorokhoz történő kötődésüket. Munkánkban különböző helyzetű és térállású azidoszteroidok szintézisét valósítottuk meg, továbbá a 6β-helyzetben szubsztituált azido-származék esetén az irodalomban még nem közölt új eljárást dolgoztunk ki, a már ismert módszereknél jobb hozammal. Az azidoszteroidokon elvégeztük a réz(i)-katalizált 1,3-dipoláris alkin-azid cikloaddíciót (CuAAC) különböző terminális acetilénszármazékokkal, és így 1,2,3-triazolszármazékhoz jutottunk. A szintézisút utolsó lépéseként az irodalomban jól ismert CuAAC-reakció nagy hatékonysága és szelektivitása a szteránváz specifikus sajátságai miatt nem teljesült, és minden esetben egy izomer termékpár keletkezését tapasztaltuk, mely során megfigyeltük a négy azidoszteroid i-szteroid/retro-i-szteroid átrendeződésre való képességét. Az előállított származékok szerkezetét 1 H- és 13 C-NMR spektroszkópiai módszerekkel bizonyítottuk. A farmakológiai hatásvizsgálatokat négy humán adherens ráksejtvonalon végeztük. MTT assay alkalmazásával mértük a citosztatikus hatást, és sejtproliferáció gátlás % értékeket határoztunk meg, melyek egyes vegyületek esetében jónak, míg három vegyület esetén kiválónak mondhatók. Ezen három vegyülettel megismételtük a vizsgálatot egy kibővített 1 µm-os és 3 µm-os koncentráció tartományban is és IC 50 értékeket határoztuk meg az egyes sejtvonalakon: HELA: méhnyakrák, MCF-7: mellrák, A431: bőrlaphám rák és A2780: petefészekrák. 53

54 Hela, IC 50 (µm) MCF-7, IC 50 (µm) A431, IC 50 (µm) A2780, IC 50 (µm) 1 2,72 2,37 2,71 1,45 2-5,04 2,73 3,09 3 1,79 5,14 2,35 2,94 A TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV azonosító számú, Kutatóegyetemi Kiválósági Központ létrehozása a SZTE-en projekt az EU támogatásával, az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával valósul meg. 54

55 ANALITIKAI KÉMIA I. 55

56 56

57 KALIX[4]KORONA K + -IONOFOR CLICK IMMOBILIZÁLÁSA PVC MEMBRÁNBAN POTENCIOMETRIÁS SZENZOR FEJLESZTÉSÉHEZ Czirok János Balázs 1, Bojtár Márton 1, Tolnai Bernadett 1, Gyurcsányi E. Róbert 2, Bitter István 1 1 BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út8. 2 BME Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék,1111 Budapest, Gellért tér 5. Az ionszelektív elektródok előállítása és fejlesztése a szenzorokkal foglalkozó tudomány népszerű, fontos és széleskörűen kutatott területe. Ugyancsak évtizedes hagyománya van annak az együttműködésnek, mely ennek a célnak az érdekében a BME két tanszéke között fennáll, és többek között a BME-44 néven híressé vált K + -szenzor kifejlesztéséhez vezetett [1]. Ez a bisz-koronaéter egy klinikai szenzor részeként kereskedelmi forgalomba is került. 1.ábra: BME-44 K + -szelektív bisz-koronaéter ionofor A potenciometriás mérőműszerek fő alkalmazási területei a laboratóriumi, klinikai és környezeti analitikai mintákban az ion, főként a fémion koncentrációk meghatározása. Ezeknek a szenzoroknak a fő problémája a kioldódás (leaching) nevű jelenség, melynek lényege, hogy a membránkomponensek (pl. ionofor, lipofil só) lassan kioldódhatnak a mérőmembránból, ill. a mintából is egyes komponensek beoldódhatnak a membránba, melyek együtt a membrán összetételének lassú változását okozzák. Ennek következtében csökken a membrán életideje, rendszeres kalibráció válik szükségessé, és problematikus lehet az in vivo mérés toxicitási problémák miatt, melynek lehetősége egyébként a módszer egyik nagy előnye. A kioldódás problémájára többféle megoldási lehetőséget is igyekeztek kidolgozni kutatók, pl. az ionofort kovalensen immobilizálták a membránban, erre azonban PVC membránok esetén nem, csak pl. akrilát típusú membránok esetén találhatók leírások [2]. Azonban utóbbi típusú membránok sajnos jelentősen rosszabb mechanikai tulajdonságokkal bírnak, és emiatt kevésbé elterjedtek, mint a PVC membránok. Egy másik lehetőség, melyet ugyancsak egyetemünkön dolgoztak ki, hogy az ionofort arany nanorészecskékhez immobilizálják, így drasztikusan lecsökkentve diffúziós együtthatóját a membránban [3]. 57

58 2. ábra: Akrilátmembránhoz (balról) illetve AuNP-hez (jobbról) immobilizált kalixarén-ionofor A káliumion, melyre a BME-44 és a most kifejlesztett új mérőrendszer is szelektív, a vérgázanalízisben fontos, koncentrációja lényeges információkat szolgáltat a szervezet homeosztatikus állapotáról, részt vesz pl. a membránpotenciál kialakításában. A click reakció során, mely az utóbbi években széleskörűen használt a szerves és analitikai kémiában, réz(i) ionok katalizálta folyamatban egy azid és egy alkin összekapcsolása történik meg, egy 1,4-diszubsztituált-1,2,3-triazolgyűrűt eredményezve [4]. Lehetőség van ezzel a reakcióval pl. biomolekulák fluoreszcens markerrel való jelölésére [5], de fluoreszcens szenzormolekulákat [6], ionoforokat [7] is állítottak elő ilyen módszerrel. 3. ábra: A click reakció Bakker és munkatársai ugyancsak ezt a reakciót használták egy voltammetriás anionszenzor előállítására, és ez a munka adta az ötletet a mi itt bemutatott koncepciónkhoz is. A PVC láncok klóratomjainak egy részét azidra cserélték, majd ezt klikkelték acetilén csoportot tartalmazó ferrocénnel [8]. 4. ábra: Bakker által kifejlesztett voltammetriás szenzor 58

59 Potenciometriás mérőrendszerek kialakítására hasonló leírások az irodalomban eddig nem léteztek, ezért úgy gondoltuk, hogy a PVC azidálása, majd alkinfunkciót tartalmazó ionoforral megvalósított click reakciója olyan ionszelektív elektródot eredményez, melyben az ionofor kioldódásának problémája nem lép fel. Az 1,3-alternáló konformációjú kalix[4]korona-5-éterekről ismert kálium ionszelektivitásuk, így ezt a szerkezetet kívántuk immobilizálni a PVC membránba. Ehhez első lépésben a kalix[4]arént disztális helyzetben dipropargileztük fázistranszfer körülmények között irodalmi analógia alapján [9]. A termék szelektíven keletkezett, átkristályosítás után tisztán kaptuk. Ezután cézium-karbonát bázis jelenlétében alakítottuk ki az alternáló helyzetű koronaéter gyűrűt tetraetilénglikol-ditoziláttal, acetonitrilben való forralás közben. A nyersterméket oszlopkromatográfiásan tisztítottuk. 5. ábra: Az immobilizálható ionofor szintézise Az azid-módosított PVC-t vizes DMF-ben állítottuk elő nátrium-aziddal, míg a click reakciót vizes THF-ben végeztük, katalizátorként réz(ii)-szulfátot és aszkorbinsavat használva, Bakker módszerét követve. Az azidcsoportok megjelenését, majd a click reakciót követően elreagálását IR spektroszkópiásan lehet jól követni a 2100 cm -1 -es azidcsúcsot figyelve. 6. ábra: AzidoPVC előállítása és click reakciója PVC membránelektródokat készítettünk az ionofórból és nátrium-tetrakisz(3,5- bisz(trifluormetil)borát)-ból és szelektivitásvizsgálatokat végeztünk mind az PVC-be való immobilizálás előtt, mind utána (lágyító: o-nitro-fenil-oktil-éter). Az eredetileg jó szelektivitással bíró ionofor az immobilizálás (click reakció) során szelektivitását részben elvesztette (1. táblázat). Ennek egyrészt oldhatósági okai lehetnek [10], ezért úgy döntöttünk, hogy - bár bonyolultabb szintézist igényel - csak egy alkinfunkciót alakítunk ki a kalixarénen. Másrészt megnöveltük az ionfort a polimerlánchoz kötő spacer hosszát ezáltal nagyobb mozgékonyságot biztosítva a membránban az ionofor számára. A módosított ionofor szintézise a 7. ábrán látható. 59

60 NH táblázat: Potenciometriás szelektivitásadatok Kondícionált Lipofil anion tart. triazolopvc PVC PVC 5% 10% 15% -1,27-0,68-1,92-1,78-2,03 Li + -4,54-2,06-2,08-2,96 Cs + -3,00-0,25-1,61-1,54-1,90 H + -2,32-4,31 0,64 1,18 0,67 Na + -5,1-3,57-1,53-1,61-2,35 7. ábra: Módosított ionofor szintézise A téma aktualitását jelzi, hogy néhány hónapja kínai kutatók hasonló eredményekről számoltak be egy másik, de ugyancsak K + -szelektív koronaétert immobilizálva click reakcióval azidopvc-be [10]. Irodalomjegyzék: [1] Tőke, L., Ágai, B., Bitter, I., Pungor, E., Szepesváriné Tóth, K., Lindner, E., Horváth, M., Havas, J.: Magyar Szabadalom 1981, 186, 777. [2] Malinowska, E.; Gawart, L.; Parzuchowski, P.; Rokicki, G.; Brzózka, Z.: Anal. Chim. Acta 2000, 421, 93. [3] Jágerszki, Gy.; Grűn, A.; Bitter, I.; Tóth, K.; Gyurcsányi, E.R.: Chem. Commun. 2010, 46, 607. [4] (a) Rostovtsev, V. V.; Green, L. G.; Fokin, V. V.; Sharpless, K. B. Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, (b) Tornøe, C. W.; Christensen, C.; Meldal, M. J. Org. Chem. 2002, 67, [5] [6] Wang, D.; Zhang, X.; He, C.; Duan, C. Org. Biomol. Chem., 2010, 8, [7] Chang, K-C.; Su, I-H.; Senthilvelan, A.; Chung, W-S.: Org. Lett. 2007, 9, [8] Pawlak, M.; Grygolowicz-Pawlak, E.; Bakker, E.: Anal. Chem. 2010, 82, [9] Wang, W-G.; Zheng, Q-Y.; Huang, Z-T.: Syntetic Communication 1999, 29, [10] Liu, Y.; Xue, Y.; Tang, H.; Wang, M.; Qin, Y.: Sensors and Actuators B 2012, ,

61 IZOXAZOLIN GYŰRŰVEL KONDENZÁLT CISZPENTACIN SZÁRMAZÉKOK FOLYADÉKKROMATOGRÁFIÁS VIZSGÁLATA KORONAÉTER ALAPÚ KIRÁLIS ÁLLÓFÁZISOKON Gecse Zsanett 1, Nonn Melinda 1, Fülöp Ferenc 1, Péter Antal 2, 1 Szegedi Tudományegyetem, Gyógyszerkémiai Intézet 6720 Szeged, Eötvös u Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7. A természetben előforduló biológiai hatású vegyületek nagy része királis. Az enantiomer párok eltérő hatást fejthetnek ki az élő szervezetekben, ezért különösen fontos, hogy az enantiomerek tiszta formában álljanak rendelkezésre. A szervezetbe bejuttatott gyógyszermolekula fizikai és kémiai folyamatok során aszimmetrikus biológiai makromolekulákkal (pl. fehérjék, glikopeptidek) kerül kölcsönhatásba, melyek királis környezet lévén képesek megkülönböztetni az enantiomereket is. Mivel a terápiás hatásért felelős eutomer mellett jelenlévő másik izomer, a disztomer csak ideális esetben inaktív, így elengedhetetlen valamilyen elválasztási módszer alkalmazása. Erre a célra az egyik legelterjedtebb eljárás a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia. Az elmúlt évtizedekben a -aminosavakra a kutatói érdeklődés jelentősen megnőtt. Jelentőségüket egyrészt az adja, hogy igen fontos közbenső termékei a gyógyászatban használatos termékeknek, másrészt pedig számos természetben előforduló fontos vegyület (peptidek, alkaloidok, -laktám antibiotikumok) alkotórészei. Sztereospecifikus reakciókban hatékony katalizátorok, illetve sok hasznos szintézis kiindulási anyagai. A ciklusos -aminosavakat széles körben alkalmazzák új típusú peptidek szintézisére. A természetben előforduló ciszpentacin, valamint icofungipen baktériumellenes és antifungális hatású vegyületek. Az általunk vizsgált izoxazolin gyűrűt tartalmazó vegyületek számos képviselője különböző biológiai (influenzaellenes, antifungális) hatással rendelkezik. Vizsgálataink során izoxazolin gyűrűvel kondenzált 2-amino-ciklopentán karbonsav analógok kromatográfiás elválasztását valósítottuk meg. A nyolc modellvegyület közvetlen módszerrel történő analízisét fordított fázisú nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás módszerrel végeztük, melynél a királis állófázist különböző (+)-(18-korona-6)-2,3,11,12- tetrakarbonsav alapú kolonnák biztosították. A minták kromatográfiás paramétereinek meghatározásán keresztül vizsgáltuk, hogy az eluensösszetétel, az alkoholos illetve savas módosítók természetének és mennyiségének változtatása milyen hatást gyakorol a retenciós paraméterekre, valamint a molekulák szerkezete hogyan befolyásolja a királis felismerést. 61

62 IZOXAZOLIN GYŰRŰVEL KONDENZÁLT 2-AMINO- CIKLOPENTÁN KARBONSAV ANALÓGOK SZTEREOIZOMERJEINEK ELVÁLASZTÁSA LIGANDUMCSERÉS KIRÁLIS ÁLLÓFÁZISON Grecsó Nóra 1, Gecse Zsanett 2, Nonn Melinda 2, Fülöp Ferenc 2, Péter Antal 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7. 2 Szegedi Tudományegyetem, Gyógyszerkémiai Intézet 6720 Szeged, Eötvös u. 6. Az enantiomerek elválasztása egyre nagyobb jelentőséget kapott a gyógyszeriparban, tekintettel arra, hogy a királis gyógyszermolekulák esetében a biológiai hatás gyakran csak az egyik enantiomerhez rendelhető, míg a másik izomer ártalmatlan, semleges is lehet, de akár valamilyen nem kívánt mellékhatást, sőt toxikus hatást is kiválthat. Így fontos, hogy a keletkezett enantiomerek tiszta formában álljanak rendelkezésre. Mivel a szerves szintézisek között ritka a 100%-os sztereospecifikus reakció, ezért szükség van egy hatékony analitikai módszerre, mely leggyakrabban a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC). Munkánk során a négy kiralitás centrummal rendelkező izoxazolin gyűrűvel kondenzált 2-aminociklopentán karbonsavak izomerjeinek elválasztásával foglalkoztunk. A nyolc modellvegyület analízisét fordított fázisú nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás módszerrel végeztük, ligandumcserés szelektort tartalmazó, N-(R)-2-hidroxi-1-feniletil)-Nundecilamino-acetát alapú királis állófázison. Tanulmányoztuk, hogy az eluensösszetétel, a hőmérséklet, a ligandumok mennyiségi és minőségi változtatása milyen hatást gyakorol a kromatográfiás elválasztást jellemző paraméterekre, úgymint a retenciós faktorra, szelektivitásra és felbontásra. A mérésekből számolt termodinamikai adatok, ( H ), ( S ) és ( G ), az elválasztás entalpia illetve entrópiavezérelt voltára utaltak. 62

63 TRIPSZIN IMMOBILIZÁLÁSA POLI-DIMETILSZILOXÁN FELÜLETEN FEHÉRJÉK ON-LINE BONTÁSÁHOZ Kecskeméti Ádám 1, Bakó József 2, Gáspár Attila 1 1 Debreceni Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 4010 Debrecen, Pf.: 21 2 Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum, Fogorvostudományi Kar, 4032 Debrecen, Nagyerdei körút 98. A peptidtérkép vizsgálat olyan eljárás, mely során egy azonosítani kívánt fehérjét proteolitikusan emésztünk enzimmel (leggyakrabban tripszinnel) és a kapott peptidkeveréket analizáljuk tipikusan tömegspektrometria (ESI/MALDI-TOF) vagy kapilláris elektroforézis (CE) segítségével. Az így kapott tömegspektrumot vagy elektroferogramot - mely ujjlenyomatszerűen jellemzi a fehérjét összehasonlítjuk egy számítógépes adatbázissal. A jelenleg általánosan használt eljárás szerint (oldatban emésztés) a tripszint alacsony koncentrációban kell alkalmazni, nagyobb koncentráció esetén ugyanis a tripszin önemésztésre képes, ami újabb peptideket eredményez. Az alacsony enzimkoncentráció miatt az emésztés igen időigényes (12 órát vesz igénybe csak az emésztés); manapság intenzív kutatás folyik, hogy lerövidítsék ezt a folyamatot. Amennyiben kis térfogatú tripszin-, fehérje-, majd ismét tripszinoldatokat egy CE készülékben szendvicsszerűen injektálunk egymás után, a teljes analízis idejét 1 órára csökkenthetjük, ami magában foglalja az emésztés utáni zónaelektroforézist (CZE) [1]. A tripszin önemésztését kiküszöbölhetjük, ha felületen immobilizáljuk, így nagyobb koncentrációban alkalmazhatjuk, tehát gyorsabb emésztést érhetünk el. Továbbá előnyös, ha a felület porózus, nagy fajlagos felületű anyag (polimerek, gélek), nagy felület/térfogat aránnyal. Enzimet immobilizálni alapvetően kétféle módon lehet: kovalens kötéssel vagy adszorpcióval. Tripszint kovalens kötéssel rögzíthetünk kvarckapilláris belső falához [2], bevonhatjuk a kapillárist polimerrel, amihez közvetlenül kapcsolható a tripszin [3], továbbá [4] leírták az enzim poli-dimetilsziloxán (PDMS) mikrocsiphez ill. 3-féle (epoxi, karbonildiimidazol, etiléndiamin) monolitikus lemezhez történő [5] kovalens kapcsolását. Adszorpcióval történő immobilizálásra különösen alkalmas a poli-vinilidénfluorid (PVDF) membrán, amiből többfajta elrendezésű enzimreaktort fejlesztettek ki [6,7], adszorpciót végeztek poli-sztirénszulfonáton [8] ill. karbonilezett PDMS felületen [9]. A felület töltésétől függően az adszorpciót okozhatja hidrofób vagy elektrosztatikus kölcsönhatás. Egészen különös immobilizálási kísérletek is akadnak, a tripszint szol-gél mátrixba lehet zárni CE kapillárisban [10], ill. pipettahegy szilikagél töltetének felületét is vonták már be tripszinnel [11]. A leírt rendszerek mindegyike 1 óra alatt képes fehérjebontást végezni (akár néhány perc alatt), és a reaktorok élettartama is kiváló (1-2 hónapig nem veszít aktivitásából az enzim). 63

64 1. ábra S-2222 szubsztrát bontásának sematikus ábrája immobilizált tripszint tartalmazó kapillárisban: 0, PDMS bevonatot készítek; 1, a kapilláris inlet végét tripszinoldattal töltöm meg; 2, alapos mosogatás; 3, a szubsztrát injektálása; 4, a bontott szubsztrátot detektáljuk. A PDMS áttetsző, porózus, nagy fajlagos felületű, hidrofób polimer, közismert, hogy számos anyag, különösen a nagy makromolekulák kiválóan adszorbeálódnak felületére, ezért alkalmas alapanyag lehet tripszin immobilizálásához. Saját rendszerünkben egy CE kapilláris belső felületét vonom be PDMS-sel, amely PDMS-en történő adszorpcióval immobilizálok tripszint. A tripszin és a PDMS közti adszorpció erősségét AFM, UV/Vis ill. SPR technikákkal vizsgáltam. Miután megállapítottam, hogy az adszorpció gyakorlatilag irreverzibilis, az enzim aktivitását vizsgáltam UV/Vis ill. CE mérésekkel. Ezen eredmények alapján a rendszer alkalmas lehet fehérjebontásra, ill. mikrofluidikai csipben történőalkalmazása is lehetséges. Hivatkozások [1] Zeisbergová, M., Adámková, A., Glatz, Z.; Electrophoresis 2009, 30: [2] Krenková, J., Klepárník, K., Foret, F.; J. Chromatogr. A 2007, 1159: [3] Ye, M., Hu, S., Schoenherr, R. M., Dovichi, N. J.; Electrophoresis 2004, 25: [4] Wu, H., Zhai, J., Tian, Y., Lu, H., Wang, X., Jia, W., Liu, B., Yang, P., Xu, Y., Wang, H.; Lab Chip 2004, 4: [5] Nicoli, R., Gaud, N., Stella, C., Rudaz, S., Veuthey, J.-L.; J. Pharm. and Biomed. Anal. 2008, 48: [6] Gao, J., Xu, J., Locascio, L. E., Lee, C. S.; Anal. Chem. 2001, 73: [7] Cooper, J. W., Chen, J., Li, Y., Lee, C. S.; Anal. Chem. 2003, 75: [8] Xu, F., Wang, W.-H., Tan, Y.-J., Bruening, M. L.; Anal. Chem. 2010, 82: [9] Wu, H., Zhai, J., Tian, Y., Lu, H., Wang, X., Jia, W., Liu, B., Yang, P., Xu, Y., Wang, H.; Lab Chip 2004, 4: [10] Sakai-Kato, K., Kato, M., Toyo oka, T.; Anal. Chem 2002, 74: [11] Ota, S., Miyazaki, S., Matsuoka, H., Morisato, K., Shintani, Y., Nakanishi, K.; J. Biochem. Biophys. Methods 2007, 70:

65 FENTIAZIN EGYSÉGET TARTALMAZÓ ANIONSZENZOROK SZINTÉZISE ÉS MOLEKULÁRIS FELISMERŐKÉPESSÉGÜK VIZSGÁLATA Kormos Attila 1, Móczár Ildikó 1, Pál Dávid 1, Baranyai Péter 2, Tóth Klára 3, 4, Huszthy Péter 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék 2 MTA Természettudományi Kutatóközpont, Molekuláris Farmakológiai Intézet, Spektroszkópiai Osztály 3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék 4 MTA-BME Műszaki Analitikai Kémiai Kutatócsoport Molekulák kölcsönös felismerése, amely alatt azt értjük, amikor két vagy több molekula az őket körülvevő molekulahalmazból kiválasztja egymást, és rendezett szerkezetté áll össze, általános jelenség a természetben. Példaként említhetjük a DNS kettős csavarjának kialakulását vagy az enzim szubsztrát kölcsönhatást. A molekuláris felismerést korábban kizárólag biológiai jelenségnek tartották, de az utóbbi évtizedek eredményei azt mutatják, hogy a jelenség kiterjeszthető az élettelen természetre is. Az első, anionok felismerésére képes szintetikus receptormolekulák már a 60-as évek végén megjelentek, [1,2] de az anionszenzorok fejlődése sokkal lassabb volt, mint a kationok, illetve semleges molekulák komplexálására alkalmas receptoroké. Ez az anionok tulajdonságaival magyarázható, mint például a kationokhoz képest viszonylag nagy méretük, alakjuk változatossága, nagy szolvatációs energiájuk, illetve ph-érzékenységük. Az utóbbi évtizedben ez a kutatási terület gyors fejlődésnek indult, mely eredmények nemcsak új szenzormolekulák kifejlesztéséhez, hanem például a természetes ioncsatornák működésének mind jobb megértéséhez is vezetnek. A természetben több olyan fehérje is található, amely hidrogénkötéssel képes anionokat komplexálni. [3,4] Ezen példákhoz hasonlóan számos olyan szintetikus anionszenzor előállításáról és vizsgálatáról számoltak be, amelyek az anionokkal hidrogénkötéses komplexeket alkotnak [5,6]. 1. ábra 65

66 Munkánk célja olyan anionszenzorok (1 7, 1. ábra) szintézise és vizsgálata, amelyek fentiazin egységet tartalmaznak. A fentiazin NH-csoportja részt vehet az anionokkal képzett hidrogénkötésben, emellett a triciklusos váz merevebbé teszi a receptormolekulák konformációját, így növelheti a szelektivitásukat. Az új szenzormolekulákat a 8 fentiazin-diamin származék [7] és a megfelelő izocianátok, illetve izotiocianátok reakciójával állítottuk elő (1. ábra). Az 1 és 2 akirális receptormolekulák anionfelismerő-képességét UV látható spektroszkópiával vizsgáltuk különböző szervetlen anionokkal szemben, acetonitril oldószerben. A legtöbb vizsgált anion egyszerű hidrogénkötéses komplexet képzett a szenzormolekulákkal, azonban fluorid- és acetátion esetében érdekes jelenséget tapasztaltunk (2. ábra). A titrálás során először komplex keletkezett, amelyet az anion feleslege deprotonált azon a módon, hogy a deprotonált receptormolekula anionnal képzett komplexe jött létre. Az 1 fenilkarbamid és a fluoridion esetén ezt NMR titrálás segítségével is alátámasztottuk. 2. ábra A 7 optikailag aktív szenzormolekula enantiomerfelismerő-képességét királis karbonsavak, főként védett aminosavak sóival szemben vizsgáltuk. Tanulmányoztuk fenilglicin esetén az aminocsoporton lévő védőcsoport térkitöltésének a komplex stabilitására és az enantioszelektivitásra gyakorolt hatását. A szerzők köszönetüket fejezik ki az OTKA (K és PD ) anyagi támogatásáért. [1] Shriver, D. F.; Biallas, M. J. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, [2] Park, C. H.; Simmons, H. E. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, [3] Pflugrath, J. W.; Quiocho, F. A. J. Mol. Biol. 1988, 200, [4] Dutzler, R.; Campbell, E. B.; Cadene, M.; Chait, B. T.; MacKinnon, R. Nature, 2002, 415, [5] Kubik, S. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, [6] Li, A-F.; Wang, J-H.; Wang, F.; Jiang, Y-B. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, [7] Kormos, A.; Móczár, I.; Sveiczer, A.; Baranyai, P.; Párkányi, L.; Tóth, K.; Huszthy, P,. Tetrahedron 2012, 68,

67 BAKTERIÁLIS ENDOTOXINOK LIPID-A RÉGIÓJÁNAK SZERKEZETVIZSGÁLATA Sándor Viktor 1, Scheffer Dalma 1, Kocsis Béla, Dörnyei Ágnes 1,3, Kilár Anikó 1 1 Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Analitikai és Környezeti Kémia Tanszék, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6. 2 Pécsi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Orvosi Mikrobiológiai és Immunitástani Intézet, 7624 Pécs, Szigeti út 12.(3) Pécsi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Bioanalitikai Intézet, 7624 Pécs, Szigeti út Pécsi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Orvosi Mikrobiológiai és Immunitástani Intézet, 7624 Pécs, Szigeti út 12. A baktériumok sejtfala között két alapvető változat alakult ki, amely alapján megkülönböztethetünk Gram-negatív és Gram-pozitív baktériumokat. A Gram-negatív baktériumok külső membránjának állandó és jellegzetes alkotói az endotoxinok. A külső membránra szerkezeti aszimmetria jellemző, amely a foszfolipidek belső, az endotoxinok külső oldalon való elhelyezkedése révén jön létre. Az endotoxinok hőstabil, nem fehérje természetű, immunogén vegyületek. Kémiailag lipopoliszacharid (LPS) makromolekulák, amelyek S- (smooth), R- (rough), vagy SR- (semirough) típusba sorolhatók felépítésük alapján. Az S-típusú endotoxinok három szerkezeti egységre bonthatók: O-specifikuspoliszacharid oldalláncra, az unikális októzokat és heptózokat tartalmazó coreoligoszacharid egységre és az endotoxikus lipid-a-ra. 1. ábra: Egy intakt endotoxin molekula általános kémiai szerkezete Kdo: 3-deoxi-D-manno-2-oktulonsav, Hep: L-glycero-D-manno-heptóz, Glc: D-glükóz, Gal: D-galaktóz, GlcN: N-acetil-D-glükózamin, GalN: N-acetil-D-galaktózamin. O-poliszacharid Core-oligoszacharid Lipid-A Mutáción átesett baktériumok R-típusú endotoxinokat szintetizálnak, amelyek nem tartalmazzák az O-oldalláncot (n=0), így kémiailag ezek lipooligoszacharid (LOS) molekulák. 67

68 A core régióhoz ketózos kötéssel kapcsolódó, amfifil lipid-a molekula vázát általában 1,4'-bifoszforilált-β-1,6-D-glukózamin diszacharid alkotja, amelyhez O- és/vagy N-acil-kötésben 2-6 primer zsírsav kapcsolódik. A primer zsírsavakon β-pozícióban hidroxilcsoport található, amely tovább észtereződhet szekunder zsírsavakkal. A foszfát- és az acilcsoportok száma, utóbbiak típusa kihat a molekula térszerkezetére, amely a lamelláris alaktól a kónikus formáig változhat, egyre toxikusabbá téve a lipid-a-t. 2.ábra: A lipid-a régió szerkezet-hatás összefüggése inaktív toxikus A lipid-a molekulák szerkezetében nagyfokú hasonlóság mutatkozik a különböző Gram-negatív baktériumok között, azonban kis strukturális eltérések nagy különbségeket eredményezhetnek toxikus hatásukban. Egy adott baktériumfajra jellemző lipid-a mintázatot, vagyis a különböző lipid-a módosulatok létrejöttét és ezek mennyiségének egymáshoz viszonyított arányát nagymértékben befolyásolja a baktérium mikrokörnyezete (ph, hőmérséklet, táptalaj minősége stb.) is. A lipid-a régió LPS-ről való hidrolízise enyhén savas körülmények között történik, ugyanis a Kdo és a lipid-a vázát képező nem redukáló glükózamin közötti ketózos kötés igen savérzékeny. Az eljárás azonban degradációt okozhat a lipid-a molekulában is. Biológiai szempontból fontos csoportok (a foszfát csoportok szubsztituensei, észter kötéssel kapcsolódó zsírsavak) válhatnak le, amely tovább növeli a lipid-a extraktum heterogenitását. Munkánk során kapilláris elektroforetikus (CE) és tömegspektrometriás (MS) módszerekkel vizsgáltuk LPS-ekről hidrolízissel leválasztott lipid-a minták heterogenitását. CE-ESI/MS kapcsolt technikával elválasztottuk és tömegszelektíven detektáltuk a különböző hidrolizált lipid-a komponenseket. MALDI-reTOF készülékkel intakt LOS molekulákat vizsgáltunk, amely módszer lehetővé teszi a lipid- A régió vizsgálatát a kémiai degradációt okozó savas hidrolízis nélkül is. A pontos szerkezet-hatás összefüggések felderítése segíthet az endotoxinok által kiváltott patofiziológiás folyamatok megértésében. Célunk továbbá olyan analitikai eljárás kidolgozása, amely gyors és megbízható információt szolgáltathat Gram-negatív baktériumok azonosításában. Irodalom: 68

69 [1] Kocsis, B.; Emődy L. Magyar Immunológia 2003, 2 (4): [2] Hübner, G., Lindner, B. Electrophoresis 2009, 30, Köszönetnyilvánítás: A munka a GVOP és az OTKA-NKTH-NI kutatási pályázatok támogatásával készült. D.Á. köszönetet mond az MTA-nak a Bolyai János Kutatási Ösztöndíjért. 69

70 AMFOTER KARAKTERŰ VEGYÜLET ALKALMAZÁSA RESZOLVÁLÓÁGENSKÉNT Szeleczky Zsolt 1, Pálovics Emese 1, Fogassy Elemér 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,Vegyész és Biomérnöki Kar, Szerves Kémiai és Technológiai Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8. A királis vegyületek szerves részei életünknek, elég csak a királis aminosavakra gondolni. A szervezetben az enantiomerek különböző biológiai hatást váltanak ki, ezért a gyógyszeripar számára elengedhetetlen olyan környezetbarát technológiák kifejlesztése, mellyel megfelelő tisztasággal állíthatóak elő. Az enantiomerek elválasztására a megfelelő racém intermedier, végtermék diasztereomer sóképzéses reszolválása tűnik továbbra is járható útnak. A diasztereomer sóképzéses reszolválás módszer lényege, hogy racém összetételű savak (vagy bázisok) optikailag aktív bázisokkal (vagy savakkal) diasztereomer viszonyban lévő sópárokat képeznek, és a keletkező sókat eltérő oldhatóságuk vagy két fázis közötti megoszlásuk alapján választják szét [1]. A munkánk során a hagyományos reszolválóágensekként felhasznált savak (borkősav, kámfor-10-szulfonsav), illetve bázisok (brucin, α-feniletilamin) helyett amfoter karakterű vegyületek alkalmazását tűztük ki célként. Az első példaként adódott a Pregabalin epilepszia ellenes hatóanyag ((S)-3-(aminometil)-5-metil-hexánsav) gyártása során keletkező hatástalan R-enantiomer felhasználásának lehetősége. Eljárást dolgoztunk ki a Pregabalin enantiomerek reszolválóágensként történő felhasználására a racém mandulasav és a racém 2-klór-mandulasav enantiomerek elválasztására és az elválasztott enantiomer keverékek tisztítására. Mindkét vegyület enantiomerjei fontos építőelemei szerves szintéziseknek, illetve elterjedt reagensei a racém vegyületek, elsősorban a racém bázisok reszolválási eljárásainak [2]. Vizsgáltuk a reszolválás során az idő, az oldószer és a reszolválóágens mennyiségének hatását. A reszolválások során kinetikus kontroll volt megfigyelhető, mivel a diasztereomer sók tisztasága idővel csökkent. Az eutektikus pontok ismeretében az tapasztaltuk, hogy a kinetikus kontroll alatt a kinyerhető enantiomerkeverékek tisztaságát a reszolválóágens eutektikus pontja határozza meg, míg a termodinamikus kontroll beállta után a racém vegyület eutektikus pontja a meghatározó. A kutatómunkát az OTKA támogatta (K 75236). [1] Ács, M.; Fogassy, E.; Faigl, F. Tetrahedron 1985, 41, [2] Lindberg, P. L.; Von Unge, S.: US Patent No ,

71 SZERVES KÉMIA I. 71

72 72

73 SZERVES KÉMIAI REAKCIÓK MEGVALÓSÍTÁSA MIKROHULLÁMÚ TECHNIKA ALKALMAZÁSÁVAL Bálint Erika 1,2, Fazekas Eszter 1, Tajti Ádám 1, Marijan Kocevar 3, Keglevich György 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út Magyar Tudományos Akadémia Szerves Kémia és Technológia Tanszéki Kutatócsoport, 1111 Budapest, Budafoki út Faculty of Chemistry and Chemical Technology, University of Ljubljana, Aškerčeva 5, SI Ljubljana, Slovenia Az elmúlt három évtizedben a mikrohullámú (MW) technika egyre népszerűbbé vált a kémikusok körében, hiszen alkalmazásával többek között csökkenthető az energiafelhasználás, a kémiai átalakítások hatékonyabbá tehetők, illetve elkerülhető az oldószerek használata [1]. A MW technika elterjedésével a több órán vagy napon át tartó kísérletek megvalósításához sok esetben mindössze percekre van szükség. A nagyobb reakciósebességen kívül a módszer előnye, hogy ily módon általában a melléktermékek képződése elkerülhető, és nagyobb termelés érhető el. Kutatómunkánk során 2H-pirán-2-on származékok és primer aminok Kabachnik- Fields, vagy más néven foszfa-mannich reakcióját, illetve dialkil-foszfitok átészteresítését tanulmányoztuk. Az említett reakciókat katalizátor és oldószer alkalmazása nélkül MW körülmények között valósítottuk meg. Egy szlovén kutatócsoporttal együttműködve 2H-pirán-2-on származékok foszfa- Mannich reakcióját vizsgáltuk MW besugáruzás hatására. A reakciók során paraformardehidet és különböző dialkil-foszfitokat, illetve difenilfoszfin-oxidot alkalmaztunk. Tanulmányoztuk primer aminok bisz(foszfa-mannich) reakcióját is, mely során modellvegyületként ciklohexil-, benzil-, p-metoxi-amin, anilin és 4-metil-anilin szolgált [2]. A reakciókat 2 ekv. paraformaldehid jelenlétében 2 ekv. különféle dialkil-foszfitokkal, etilfenil-foszfináttal illetve difenilfoszfin-oxiddal végeztük el oldószer és katalizátor alkalmazása nélkül. 73

74 A difenilfoszfin-oxiddal előállított vegyületekből deoxigénezés után borán- és Ptkomplexet képeztünk [3]. Az előállított Pt-komplexek katalitikus aktivitását sztirol hidroformilezésében teszteltük. Végül dialkil-foszfitok (dimetil- és dietil-foszfit) különféle alkoholokkal történő átészteresítését végeztük el katalizátor hozzáadása nélkül mikrohullámú körülmények között [4]. Célunk ezen reakció megvalósítása nemcsak szakaszos, hanem folytonos üzemű MW reaktorban is, amely a méretnövelés szempontjából jó alternatíva lehet. Hivatkozások: [1] Kranjc, K.; Kocevar, M. Curr. Org. Chem., 2010, 14, [2] Bálint, E.; Fazekas, E.; Pintér, G.; Szöllősy, Á.; Holczbauer, T.; Czugler, M.; Drahos, L.; Körtvélyesi, T.; Keglevich, G. Curr Org Chem. 2012, 16, [3] Bálint, E.; Fazekas, E.; Pongrácz, P.; Kollár, L.; Drahos, L.; Holczbauer, T.; Czugler, M.; Keglevich, G. J. Organomet. Chem. 2012, 717, [4] Bálint, E.; Tajti, Á.; Drahos, L.; Ilia, G.; Keglevich, G. Curr. Org. Chem. beküldve 74

75 FOSZFINSAVAK ÉSZTERESÍTÉSE ÉS AMIDÁLÁSA Kiss Nóra Zsuzsa 1, Körtvélyesi Tamás 2, Keglevich György 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8. 2 Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Aradi vértanúk tere 1. A foszfinsav-, foszfonsav- és foszforsav származékok biológiai és szintetikus szempontból egyaránt jelentősek. Hagyományos, termikus körülmények között a foszfinsavak sem alkoholokkal, sem aminokkal nem reagálnak, ezért a foszfinsav-észtereket és amidokat leggyakrabban a megfelelő savkloridokból állítják elő. Ennek a módszernek jónéhány hátránya van, mégis széleskörben alkalmazzák az iparban. Célunk tehát a foszfinsav-származékok egy alternatív előállítási lehetőségének kidolgozása volt. 1. ábra. Foszfinsav-észterek és amidok előállítása Azt tapasztaltuk, hogy míg a foszfinsavak direkt észteresítése és amidálása termikus körülmények között nem megy végbe, a mikrohullámú (MW) besugárzás elősegíti a reakciókat. Hosszú szénláncú, lipofil alkoholokkal a direkt észteresítés MW körülmények között akár kvantitatívvá is tehető, így a drága és környezetre ártalmas savkloridok alkalmazása elkerülhető [1-6]. 75

76 2. ábra. Foszfinsavak direkt észteresítése MW körülmények között A direkt észteresítésben elért eredményeink arra ösztönöztek, hogy a foszfinsavak direkt amidálását is megkíséreljük hasonló módon. A reakció során azonban azt tapasztaltuk, hogy az amidálás nem játszódik le teljesen, és ezen sem a hosszabb reakcióidő, sem a kipróbált katalizátorok nem segítettek. MW körülmények között is csak legfeljebb 30% körüli konverziót sikerült elérnünk direkt amidálási reakciókban. 3. ábra. Foszfinsavak direkt amidálása MW körülmények között Hogy megtudjuk a 2 reakció különbségének okát, kvantumkémiai (B3LYP/6-31++G(d,p)) számításokat végeztettünk, melyek alapján elmondható, hogy míg az észteresítések során kinetikai kontroll érvényesül, az amidálás termodinamikai okok miatt nem játszódik le [7]. A reakciók mechanizmusára is kíváncsiak voltunk. Számítások szerint mind az észteresítés, mind az amidálás egy négy-centrumos átmeneti állapoton keresztül játszódik le, melyekhez meglehetősen magas aktiválási entalpia tartozik. Ezzel összhangban kísérleti tapasztalataink is egy foszforilezési (acilezési) reakciót támasztanak alá. Mivel azonban a foszfinsav-amidok is értékes, új intermedierek, előállításukhoz a hagyományos, savkloridokból kiinduló eljárást választottuk, melyre primer-aminok esetén azonban csak kevés irodalmi példa van. A módszer kidolgozása során észrevettük, hogy a primer-amin kétszeres foszforilezése is könnyedén megvalósítható. Ily módon egy új vegyületcsaládot hoztunk létre és jellemeztünk. 76

77 4. ábra. Primer aminok kétszeres foszforilezése [1] Kiss N. Zs., Ludányi K., Drahos L. and Keglevich G. Synthetic Commun, vol. 39, pp , [2] Keglevich, G., Kiss, N. Zs., Mucsi, Z. and Körtvélyesi, T. Org. Biomol. Chem. vol. 10, pp , [3] Keglevich G., Bálint E., Kiss N. Zs., Jablonkai E., Hegedűs L., Grün A., Greiner I. Curr Org Chem vol. 15, pp , [4] Keglevich, G., Grün, A., Bálint, E., Kiss, N. Zs., Jablonkai, E. Curr. Org. Chem / beküldve. [5] Keglevich, G., Kiss, N. Zs., Balint E., Jablonkai E., Grün A., Milen M., Frigyes D., Greiner I. Phosphorus, Sulfur,vol. 186, pp , [6] Keglevich, G., Grün A., Bálint E., Kiss, N. Zs. et al. Phosphorus, Sulfur, vol. 186, pp , [7] Keglevich, G., Kiss, N. Zs., Körtvélyesi, T., Mucsi Z. Phosphorus, Sulfur 2012 / beküldve 77

78 DRONSAVAK HATÉKONY SZINTÉZISE Kovács Rita 1, Grün Alajos 1, Garadnay Sándor 2, Nagy Dávid Illés 1,2, Greiner István 2, Keglevich György 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1521 Budapest, Magyarország 2 Richter Gedeon Nyrt., 1475 Budapest, Magyarország 3 Magyar Tudományos Akadémia Szerves Kémiai Technológiák Kutatócsoport, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1520 Budapest, Magyarország Az 1-hidroxi-1,1- biszfoszfonsavak nagy jelentőséggel bírnak posztmenopauzás oszteoporózis (csontritkulás), a tumorindukált hypercalcaemia, és a Paget-kór betegségek kezelésében [1]. Alapvetően a megfelelően szubsztituált ecetsavat foszforossavval és foszfor-triklorid elegyével reagáltatva, hidrolízist és ph állítást követően állíthatók elő a dronsavak. A három reaktáns mólaránya az irodalmi leírások szerint széles skálán mozog. A reaktánsok szerepére, és a reakciómechanizmus magyarázatára csak néhány hivatkozásban található utalás. A Tanszéken azonban már évek óta foglalkoznak a dronsavak szintézisének környezetbarátabbá tételével. A kutatások során elsősorban Risendronát és Zolendronsav hatóanyagok előállításával foglalkoztak. Vizsgálták a reaktánsok mólarányát, és azt találták, hogy az említett két hatóanyag előállításához nem szükséges foszforossav, elegendő csupán 3,2 ekvivalensnyi foszfor-triklorid [2;3]. Ezután megkíséreltük kiterjeszteni a módszert más hatóanyagok, mint az Ibandronát, Alendronát, Etidronát előállítására is. A reakciókat különböző mólarányokban vett foszforossavval és foszfor-trikloriddal végeztük MSA (metánszulfonsav) oldószerben 75 C-on. A leghatékonyabbnak mindhárom esetben a 3,2 ekvivalensnyi feleslegben vett foszfor-trikloridot használó szintézis bizonyult [4]. 1. ábra: Dronsavak előállítása PCl 3 -dal 78

79 Termék Tisztaság (%) Termelés (%) 2a b c d Ezt követően megkíséreltük elvégezni az előállítást heteroarilecetsav-kloridon keresztül, mely kulcsintermedierje lehet a szintézisnek. Ekkor az első lépésben a kiindulási heteroaril-ecetsavból ekvivalensnyi foszfor-trikloriddal, tionil-kloriddal vagy trifoszgénnel előállítottuk a savkloridokat, majd további két ekvivalensnyi foszfor-trikloriddal majd azt követő hidrolízissel alakítottuk dronsavvá. A reakciókat toluol és MSA oldószerekben is elvégeztük. Az egy lépéses reakció hatékonyabbnak bizonyult, mint a két lépéses eljárás, azonban a képződő dronsav bizonyíték a savklorid intermedier létére. MSA oldószerben feltételezhető vegyessavanhidrid intermedier kialakulása is [2]. 2. ábra Heteroarilecetsav-kloridok metánszulfonsavval alkotott vegyesanhidridjei Hivatkozások: [1] H.R. Hudson, N. J. Wardle, S. W. A. Blight, I. Greiner; A. Grün, G. Keglevich, Mini Reviews in Medicinal Chemistry 2012, 12, [2] Gy., Keglevich; A., Grün; K., Aradi, S., Garadnay; I., Greiner, Tetrahedron Lett., 2011, 52, [3] S. Garadnay, A. Grün, Gy. Keglevich, J. Neu: Új eljárás dronsavak gyógyszeripari előállítására. Magyar szabadalmi bejelentés, HUP [4] Gy. Keglevich, A. Grün, R. Kovács, S. Garadnay, I. Greiner:Rational synthesis of ibandronateand alendronate Curr. Org. Synth. 2012, in press [5] Gy., Keglevich, A., Grün, R., Kovács, K., Koós, B., Szolnoki, S., Garadnay, J., Neu, L., Drahos, I., Greiner, Letters Drug Desing Discovery, 2012, 9(4)

80 DIELS ALDER REACTION OF 2H-PYRAN-2-ONES AND FUSED PYRAN-2-ONES WITH VINYL-GROUP-CONTAINING DIENOPHILES Amadej Juranovič 1, Marijan Kočevar 1 1 Faculty of Chemistry and Chemical Technology, University of Ljubljana, Aškerčeva 5, 1000 Ljubljana, Slovenia amadej.juranovic@fkkt.uni-lj.si; marijan.kocevar@fkkt.uni-lj.si The Diels Alder reaction is one of the most important methods in organic synthesis for the formation of new carbon-carbon bonds [1a]. In general, starting from achiral diene (1) and dienophile (2) the final product is cyclohexene derivative (3), where up to four stereogenic centers can be created in one single step. For a successful cycloaddition it is important that the diene (1) either possesses cis conformation or trans to cis isomerization should be feasible under applied reaction condition. Energetic factors should be satisfied, having in mind that electron rich components have higher energy of HOMO than their electron deficient counterparts [1b]. Therefore, for a successful transformation it is desired that one of the components (diene or dienophile) is electron rich, whereas the other is electron deficient. In our investigation of the Diels Alder reaction we have applied several 2H-piran-2- ones 4 [2] and fused pyran-2-ones 5 [3] as dienes in reaction with a variety of vinyl dienophiles 6a-f (Figure 1). These cycloadditions resulted in the formation of substituted anilines 11 [4, 5a] and their fused derivatives 12 [5b] (See Schemes 1 and 2). Figure 1 80

81 Reaction was investigated in detail with 2H-piran-2-ones 4 [5a]. As shown from the Scheme 1, the transformation starts with the cycloaddition of the vinyl part of the dienophile 6 onto 2H-pyran-2-one 4 and 2-oxabicyclo[2.2.2]oct-5-ene derivative 7 or 8 is formed in the first reaction step. Upon heating, the intermediate (7 or 8) is further converted via dihydrobenzene intermediate (9 or 10) to the aromatic product 11. In order to confirm the proposed reaction pathway, we carried out reactions under different reaction conditions. Scheme 1 Scheme 2 (a) First we tested several catalysts (pyridine, Et 3 N, DMAP, DBU, DBN, DABCO, etc.) to accelerate this transformation toward final products 11. Amongst tested catalysts DABCO (1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane) was shown to be most efficient; it s application as a catalyst in a microwave-assisted [6] transformation resulted in the formation of the final products 11 and we were not able to isolate any proposed intermediate (7-10; See Scheme 1). (b) In the absence of DABCO, the microwave-assisted reaction between 4 and 6a,b,e,f can be stopped at the point, where the proposed intermediate 9 (or 10) is the main product (Scheme 3). However, it is important to stress that aromatization of dihydrobenzene intermediates 9 (or 10) takes place spontaneously even in a crystalline state, as was observed when crystals of the compound 9c were left standing at ambient temperature. After cycloaddition between 2H-pyran-2-one 4a-c and ethyl vinyl ether (6a) 81

82 the dihydrobenzene intermediates 9a-c were isolated as the main reaction products (together with small amounts of 11a-c). The reason for a successful isolation of 9a-c was lower boiling point of ethyl vinyl ether (6a) in comparison with the other dienophiles (See Figure 1) and dihydrobenzene derivatives 9a-c were obtained before their conversion to 11a-c became predominant. To isolate products 9a-c volatile components were evaporated from the reaction mixture and the residue was triturated with EtOH/H 2 O and filtered off. Purification of products 9 (or 10) with column chromatography was not successful due to the aromatization on silica gel, which acted as an acidic catalyst for the elimination of the corresponding small molecule from the dihydrobenzene intermediate 9 yielding 11. It is also important to mention that under such reaction conditions we were not able to isolate any intermediate 7 (or 8). Scheme 3 (c) Since we were not able to prepare above mentioned intermediates (7 or 8) we performed some reactions under high-pressure condition [7]. Transformations of 2H-pyran- 2-one 4 and vinyl dienophile 6a,b,e,f under high pressure (13-15 kbar) and at ambient temperature resulted in the formation of 2-oxabicyclo[2.2.2]oct-5-ene derivatives 7 (or 8) as exclusive products (Scheme 4). DABCO did not affect the high-pressure transformation as was confirmed by a control experiment (reactants 4 and 6 with and without presence of DABCO). Therefore, the high-pressure synthesis at ambient temperature is inevitable for the preparation of products 7 and 8. They are stable at ambient temperature and do not decompose during purification with column chromatography. Scheme 4 When heating selected 2-oxabicyclo[2.2.2]oct-5-ene derivative 7a with microwave irradiation for 0.5 h at 120 C in the presence of DABCO, only aromatic product 11a was formed, as opposite to the same reaction without DABCO, where mixture of dihydrobenzene derivative 9a and aromatic product 11a was obtained. Since in both cases 82

83 2-oxabicyclo[2.2.2]oct-5-ene derivative 7a was consumed completely, it is obvious that DABCO facilitates the elimination of ethanol from 9a (Scheme 5). Scheme 5 The catalytic effect of DABCO became clear in cycloaddition of ethyl vinyl ether (6a) and 1-vinyl-2-pyrrolidone (6e) with 4 [5]. Here the elimination of ethanol or 2- pyrrolidone was slower than elimination of acetic or propionic acid in the case where 6c,d were applied as the dienophiles. It was observed that when DABCO was added as the catalyst larger amounts of aromatic product 11 were obtained in contrast to uncatalyzed reaction. In the microwave-assisted cycloaddition between vinyl acetate (6c) or vinyl propionate (6d) and 2H-pyran-2-one 4 (R 1 = COMe, COOEt; R 2 = Me) in the absence of a catalyst, the formation of dihydrobenzene derivative 9 was not observed. This was opposite to the reaction between 4 (R 1 = COMe, COOMe; R 2 = Me) and ethyl vinyl ether (6a) or N- vinyl-2-pyrrolidone (6e) without adding a catalyst, where 9 (in the case of 6a) or 10 (in the case of 6e) was always present in the reaction mixture. Moreover, the ratio between aromatic product 11 and unreacted starting compound 4 where 6c or 6d were applied as dienophiles remained unchanged irrespectively of the amount of added DABCO as the catalyst (15 mol% vs. 100 mol%). Probably the cycloaddition reaction is the rate determining step and the elimination of acetic or propionic acid takes place with ease. Transformations of fused 2H-pyran-2-ones 5 with 6a to fused aniline derivatives 12 were conducted under microwave irradiation using DABCO as a catalyst and with small amounts of n-butanol as an additive. Reactions required prolonged reaction times ( min as opposed to 2 h in the case of simple 2H-pyran-2-ones 1) and elevated temperatures ( C instead of 120 C, as applied in the synthesis of substituted anilines 8) [5b]. When heating fused 2H-pyran-2-one 5 (n = 1, Y = CO, R 8, R 9 = H) and ethyl vinyl ether (6a) in a closed vessel immersed in an oil bath at 140 C for 135 min, the starting compound 5 (n = 1, Y = CO, R 8, R 9 = H) remained unreacted. On the other hand, microwave-assisted heating at 140 C (135 min) afforded a quantitative conversion of 5 (n = 1, Y = CO, R 8, R 9 = H) to 12 (n = 1, Y = CO, R 8, R 9 = H). Microwave reactions were 83

84 conducted in a closed vessel (10 ml) using a focused microwave unit (Discover by CEM Corporation, Matthews, NC). Acknowledgment We thank the Ministry of Higher Education, Science, Culture and Sport of the Republic of Slovenia and the Slovenian Research Agency for financial support (P ). This project was also partially supported by the Slovenian-Hungarian Scientific Research program (Project No. BI-HU/ and ). References: [1] (a) O. Diels, K. Alder, Justus Liebigs Ann. Chem. 1928, 460, 98. (b) B. T. Woodard, G. H. Posner, In Advances in Cycloaddition; Harmata, M., Ed; JAI: Greenwich, CT, 1999; Vol. 5, pp [2] (a) V. Kepe, M. Kočevar, S. Polanc, B. Verček, M. Tišler, Tetrahedron 1990, 46, (b) L. Vraničar, S. Polanc, M. Kočevar, Tetrahedron 1999, 55, 271. (c) F. Požgan, M. Krejan, S. Polanc, M. Kočevar, Heterocycles 2006, 69, 123. (d) V. Kepe, M. Kočevar, A. Petrič, S. Polanc, B. Verček, Heterocycles 1992, 33, 843. (e) V. Kepe, M. Kočevar, S. Polanc, J. Heterocycl. Chem. 1996, 33, [3] (a) V. Kepe, M. Kočevar, S. Polanc, Heterocycles 1995, 41, (b) F. Požgan, K. Kranjc, V. Kepe, S. Polanc, M. Kočevar, Arkivoc 2007, viii, 97. (c) K. Kranjc, F. Perdih, M. Kočevar, J. Org. Chem. 2009, 74, [4] K. Kranjc, M. Kočevar, Synlett 2008, [5] (a) A. Juranovič, K. Kranjc, F. Perdih, M. Kočevar, S. Polanc, Tetrahedron 2011, 67, (b) A. Juranovič, K. Kranjc, S. Polanc, F. Perdih, M. Kočevar, Monatsh. Chem. 2012, 143, 771. [6] (a) Microwaves in Organic Synthesis; ed. A. Loupy, Wiley-VCH, Weinheim, (b) B. L. Hayes, Microwave Synthesis: Chemistry at the Speed of Light; CEM, Matthews, NC, (c) P. Lidström, J. Tierney, B. Wathey, J. Westman, Tetrahedron 2001, 57, (d) R. S. Varma, Green Chem. 1991, 1, 43. (e) C. O. Kappe, Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, (f) A. de la Hoz, A. Díaz-Ortiz, A. Moreno, Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 164. (g) V. Polshettiwar, R. S. Varma, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 629. (h) C. O. Kappe, D. Dallinger, Mol. Diversity 2009, 13, 71. (i) K. Kranjc, M. Kočevar, Curr. Org. Chem. 2010, 14, [7] (a) A. Drljaca, C. D. Hubbard, R. Van Eldik, T. Asano, M. V. Basilevsky, W. J. le Noble, Chem. Rev. 1998, 98, (b) G. Jenner, Tetrahedron 2005, 61,

85 OXIRÁNOK ERŐS BÁZISOKKAL INDUKÁLT ÁTRENDEZŐDÉSE Turczel Gábor 1, Kovács Ervin 1,2, Faigl Ferenc 1,2 1 BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8., 2 MTA-BME Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport, 1111 Budapest, Budafoki út 8. Bevezetés A diasztereoszelektív reakciók jelentősége napjainkban is egyre nő hiszen segítségükkel több kiralitáscentrumot tartalmazó vegyületeket szintetizálhatunk, jóval kevesebb haszontalan izomer képződése mellett. Kutatócsoportunkban kidolgoztunk egy új, diasztereoszelektív azetidingyűrű előállítási módszert, amelynek lényege megfelelően szubsztituált oxiránok LiDA-KOR (kálium-terc-butoxiddal aktívált lítium-diizopropilamid) szuperbázissal kiváltható átrendeződése. Ezen módszer segítségével több azetidin származékot sikerrel állítottunk elő. Saját munka A fent említett átrendeződési reakció nagyfokú sztereoszelektivitásának bizonyítására egy azetidin származékot optikailag aktív formában is elő kívántuk állítani. Ehhez a (Z)-but-2-én-1,4-diolt (1) előbb tritileztük majd m-cpba-val epoxidáltuk. Az így nyert oxiránt (2) a csoport által kidolgozott enzim katalizált kinetikus rezolválással választottuk szét enantiomerjeire (1. ábra) [1]. 1. Ábra: Az optikailag aktív (+)-(2R,3S)-oxirán származék (3) előállítása A kapott alkoholt p-toloulszulfonsav-kloriddal tozileztük, majd a megfelelő szekunder aminnal a kívánt (aminometil)oxiránná (4) alakítottuk (2. ábra). 2. Ábra: A (+)-(2R,3S)-(aminometil)oxirán származék (4) szintézise 85

86 Az így nyert (aminometil)oxiránt (5) LiDA-KOR szuperbázissal azetidinné (6) alakítottuk. 3. Ábra: A (+)-(1 R,2R,3R)-6 szintézise A reakció feltehetőleg benzil helyzetű metallálással indul majd az oxirán gyűrű C2 szénatomjára irányuló intramolekuláris nukleofil támadással folytatódik, melynek során a fenilcsoport és az oxirán C3 szénatomjához kapcsolódó metiléncsoport sztérikus kölcsönhatása miatt diasztereoszelektív módon csak a szubsztituenseket transz térállásban tartalmazó termék képződik, vagyis optikilag aktív kiinduló anyagból csak egy enantiomert kapunk. A 6 jelű termék enantiomertisztaságátát királis HPLC mérésekkel igazoltuk. A kizárólagos diasztereoszelektivitást kétdimenziós ROESY és röntgendiffrakciós mérésekkel támasztottuk alá. A röntgendiffrakciós szerkezetmeghatározáshoz szükséges egykristályt a 6 azetidin jól kristályosodó trimetilszilil-éteréből növesztettük. 4. Ábra: A 7 O-szilil-transz-azetidin és az egykristályban lévő molekula ORTEP diagramja További munkánk során néhány új transz-(aminometil)oxiránt állítottunk elő, amelyeket szintén sikerrel izomerizáltunk a megfelelő transz-azetidin származékokká (9). Kísérleti eredményeink alapján kijelenthetjük hogy a reakció az oxirángyűrű térállásától függetlenül diasztereoszelektív és mind a cisz- mind a transz-oxiránból 2- és 3-helyzetben transz térállású azetidin képződik (5. ábra). 86

87 5. Ábra: Cisz és transz térállású oxiránok izomerizációja Az irodalom tanusága szerint a 2-(benziloximetil)oxiránok) LiDA-KOR indkálta átrendeződésekor az aromás gyűrű szubsztituensei minden esetben csökkentik a négytagú (irodalmi esetekben oxetán) gyűrű képződésének arányát. A kompetetív reakció az oxirán gyűrűhöz képest -helyzetű szén deprotonálásával képződő allil-alkoholhoz vezet [2]. Az irodalomban leírt tapasztalat azetidinképzési reakcióban történő megfigyelése érdekében vizsgáltuk az erősen elekronszívó trifluormetilcsoport hatását a gyűrűképződési reakcióra (6. ábra). 6. Ábra: Az aromás gyűrűn lévő CF 3 csoport hatása (aminometil)oxiránok izomerizációjára A szubsztituálatlan fenilcsoportot tartalmazó vegyület átrendeződésénél alkalmazottakkal azonos körülmények között nem tapasztaltunk számottevő azetidin képződést. Hosszabb reakció idők után sok komponensű termékelegy képződött. Két speciális szubsztituens esetében azonban közepes temeléssel kaptuk a kívánt származékokat (7. ábra). 87

88 7. Ábra: Sikerrel előállított, aromás gyűrűn szubsztituált azetidinek (15, 16) További célunk a 2-es helyzetben heterociklusos gyűrűt tartalmazó oxetánok ill. azetidinek előállítása, amely származékokhoz szükséges kiindulási anyagok (17, 18, 8. ábra) szintézisét jelenleg optimáljuk. 8. Ábra: Új oxirán származékok (17, 18) szintézise Ezúton mondunk köszönetet az azetidinek szerkezetazonosításában nyújtott segítségéért Szöllősy Áronnak, a vegyületek HRMS méréseiért Balázs Lászlónak, az egykristály röntgendiffrakciós mérésekért pedig Holczbauer Tamásnak és Czugler Mátyásnak. A kutatómunkát az Új Széchenyi Terv (TAMOP-4.2.1/B-09/1/KMR ) támogatásával és a CNR (Firenze)-MTA kétoldalú együttműködés keretében végeztük. Irodalomjegyzék: [1] A. Thurner, F. Faigl, L. Toke, A. Mordini, M. Valacchi, G. Reginato, G. Czira: Tetrahedron 57, 8173 (2001) [2] A. Mordini, S. Bindi, S. Pecchi, A. Degl'Innocenti, G. Reginato, A. Serci: J. Org. Chem. 61, 4374 (1996) 88

89 NÉGYTAGÚ N- ÉS O-HETEROCIKLUSOS VEGYÜLETEK SZELEKTÍV HIDROGÉNEZÉSE Kovács Ervin 1,2, Hegedűs László 2, Farkas Ferenc 1, Thurner Angelika 2, Faigl Ferenc 1,2 1 BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8., 2 MTA Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport, 1111 Budapest, Budafoki út 8. Kutatócsoportunk évek óta foglalkozik négytagú heterociklusos vegyületek enantioszelektív előállítási reakcióinak kidolgozásával, melynek során különböző 2,3- diszubsztitulált transz oxetánokat és azetidineket állítunk elő [1,2]. Az oxetán- és azetidinszármazékok közül több ismert biológiai hatású vegyület [3,4]. Munkánk során célul tűztük ki a négytagú heterociklusok továbbalakítását oly módon, hogy a kapott vegyületek a gyógyszeripar számára jól hasznosítható intermedierek legyenek. Kézenfekvő megoldásnak mutatkozott a heterociklus reduktív felnyitása, így hidrogenolízissel különböző alkoholokat és aminokat kaptunk termékként. A hidrogénezési reakciók kidolgozásánál olyan stratégiát alkalmaztunk, hogy ha a vegyület tartalmaz hidrogénezéssel eltávolítható védőcsoportot is, akkor úgy optimalizáljuk a körülményeket, hogy termékként mind a védőcsoporttal rendelkező, mind a védőcsoport nélküli vegyületet lehetőleg tisztán elő tudjuk állítani. A termékeket C 4 komponensekként olyan pirrolidin- és tetrahidrofurán-számazékokká alakítottuk, amelyek ma ismert gyógyszerhatóanyagok alapvázai [5,6]. A 2a és 2b oxetánokat az optikailag aktív cisz-1-hidroxi-4-trifenilmetoxi-2,3- epoxibutánból állítottuk elő annak benzilezésével (2a) illetve aminálásával (2b), végül LiDAKOR szuperbázis indukálta átrendeződésével. A 2c azetidint szintén a fenti oxiránszármazékból kiindulva szintetizáltuk. A reduktív gyűrűnyitáshoz olyan vegyületeket kellett előállítani, amelyekben az 1ac heterociklusok szabad hidroxilcsoportját a hidrogénezésnek ellenálló védőcsoporttal látjuk el. Erre a célra az acilezési reakciókat választottuk, a legjobb termeléssel a benzoilezést sikerült megvalósítanunk (1. ábra), így a benzoátokkal hajtottuk végre a hidrogénezéseket. 1.ábra: A 2a-c vegyületek előállítása A 2a oxetán hidrogénezését különböző oldószerekben, különböző nyomáson végeztük (2. ábra). 89

90 2. ábra: A 2a vegyület hidrogenolízise Néhány kezdeti, klasszikusan hidrogénezéshez használt oldószerben végzett reakció után azt tapasztaltuk, hogy az oxetángyűrű nem túl erélyes körülmények között is gyorsan felnyílik, de a tritilcsoport nem hasad le. A diklór-metánban (DKM) végzett kísérleteknél megyfigyeltük, hogy kis konverzió esetén is kimutatható mennyiségű detritilezett termék is keletkezett. Ennek oka vélhetően az, hogy a halogéntartalmú oldószer is kismértékben hidrogéneződik, és a felszabaduló sósav katalizálja a tritilcsoport lehasadását. Optimalizáltuk a reakciókörülményeket, diklórmetán/metanol oldószer keverékben sikerült 100%-os konverzióval, egy lépésben, tisztán előállítani a 3b diolt (1. táblázat). 1.táblázat: A 2a oxetán katalitikus hidrogénezésének oldószerfüggése Oldószer Nyomás (bar) Idő (óra) konverzió (%) 3a (%) 3b (%) MeOH THF EtOAc DKM , ,5 DKM DKM DKM + p-tsoh MeOH : DKM 1 : MeOH : DKM 1 : A dibenzilaminocsoportot tartalmazó 2b oxetán hidrogénezését (3. ábra) különböző körülmények között végeztük el. A reakció éter típusú oldószerekben egyáltalán nem játszódott le, viszont metanolban egy mellékreakcióra lettünk figyelmesek. Ebben az 90

91 esetben nem a kívánt 4a aminoalkohol, hanem annak egy konstitúciós izomere, a 4b benzamid képződött jó termeléssel, vagyis átacileződés játszódott le. Optimalizált körülmények között, metanol/diklórmetán keverékében sikerült jó termeléssel a 4a diolt szelektíven előállítanunk (2. táblázat). Sajnos nem találtunk olyan körülményeket, amelyeknek alkalmazásával szelektíven az N-benzilamino-származék lett volna a termék. 3. ábra: a 2b vegyület hidrogénezési reakciója 2.táblázat: A 2b oxetán katalitikus hidrogénezésének eredményei Oldószer nyomás reakcióidő konverzió 4a 4b (bar) (óra) (%) (%) (%) Metanol THF DKM DKM:MeOH 8: DKM:MeOH 7: DKM:MeOH 1: Az azetidinszármazékok hidrogenolízisének vizsgálatát az 5a N-metilszármazékkal kezdtük (4. ábra). Az azetidinek reakciójakor azt tapasztaltuk, hogy a gyűrű rendkívül gyorsan (már 15 perc alatt) még enyhe körülmények között is felnyílik, de a tritilcsoport csak nehezen hasítható le a vegyületről. Amennyiben a trimetilszilil csoportot tartalmazó vegyületet (5b) hidrogéneztük, minden esetben a TMS védőcsoport eltávozását tapasztaltuk (3. táblázat). 91

92 4. ábra: Az 5a-b vegyületek hidrogénezési reakciója 3.táblázat: Az 5a azetidin hidrogénezési reakciói R Oldószer nyomás reakcióidő hőmérsékle konverzió 6a 6b (bar) (óra) t ( C) (%) (%) (%) TMS MeOH TMS THF H MeOH 1 0, H DKM:MeOH 4: ? H DKM:MeOH 4: ? H DKM:MeOH 1: A 7 azetidinszármazék hidrogenolízisét is vizsgáltuk (5. ábra). A gyűrűfelnyílás minden esetben gyorsan lejátszódott, a benzilcsoport eltávolítása csak nagyobb nyomáson volt elérhető, a tritilcsoport csak savnyomok jelenlétében, magasabb nyomáson és hőmérsékleten távozott el (4. táblázat). 5. ábra: A 7 vegyület hidrogenolízise 92

93 4.táblázat: A 7 azetidin hidrogénezési reakciói Oldószer nyomás hőmérséklet reakcióidő konverzió 8a 8b 8c (bar) ( C) (óra) (%) (%) (%) (%) MeOH , MeOH MeOH DKM:MeOH 1: Az N-benzilazetidin-származékok közül a 2c vegyülettel is végeztünk reduktív gyűrűnyitási kísérleteket (6. ábra). A gyors gyűrűfelnyílás ebben az esetben is megvalósul, a primer amin (9b) már enyhe körülmények között is keletkezik (5. táblázat). 6. ábra: A 2c vegyület hidrogenolízise 5.táblázat: A 2c azetidinszármazék hidrogénezési reakciói Oldószer nyomás reakcióidő konverzió 9a 9b (bar) (óra) (%) (%) (%) MeOH 1 0, MeOH MeOH DKM:MeOH 1: A hidrogénezési reakciók termékeként kapott aminoalkoholt és diolt fel kívántuk használni gyűrűzárási kísérletekhez, amelyek során már ismert, biológiai hatással rendelkező vegyületek alapvázait állítottuk elő (6. ábra). A 3b diolt Mitsunobu reakció 93

94 körülményei között a 8 tetrahidrofurán-származékká alakítottuk, de ugyanebből a vegyületből egy pirrolidinszármazékot (12) is előállítottunk úgy, hogy a hidroxilcsoportokat a jobb távozó halogenidekre cseréltük, majd a 11 diklórszármazékot tozilamiddal reagáltatva kaptuk a célvegyületünket. A 4a aminoalkoholt trifenil-foszfinnal és dietil-azadikarboxiláttal reagáltatva a 13 3,4-diszubsztitált pirrolidinné alakítottuk. 6. ábra: Az öttagú heterociklusok előállítása A közeljövőben tervezzük a 15a pirrolidin és nitrogénen védett származékának (15b) szintézisét 9a-b aminoalkoholokból, a 7. ábrán bemutatott reakciókkal. 7. ábra: A pirrolidinszármazékok tervezett előállítása Köszönettel tartozunk Dr Vida Lászlónak a vegyületek MS, Dr. Balázs Lászlónak a vegyületek HRMS spektrmának felvételéért. A jelen kutatás a TÁMOP A-1 kiemelt projekt keretében meghirdetett ösztöndíj-támogatásnak köszönhetően valósult meg, a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával. A kutatómunkát az Új Széchenyi Terv (TAMOP-4.2.1/B-09/1/KMR ) támogatásával és a CNR (Firenze)-MTA kétoldalú együttműködési szerződés keretében végeztük. Irodalom: [1] A. Mordini, et al.: J. Org. Chem., 61, 4374 (1996) [2] A. Thurner, et al.: Tetrahedron, 57, 8173 (2001) [3] Ch. Herdeg et al.: JACC 35, 1969 (2000) [4] J. Koboyashi et al.: J. Chem. Soc. Perkin Trans 1, (1991) [5] J.M. Defauw et al.: J. Med. Chem. 39, 5215 (1996) [6] S. U. Hansen et al.: Acta Chem. Scand. 52, 1214 (1998) 94

95 FIZIKAI KÉMIA 95

96 96

97 OLVADÉK ALAPÚ ELEKTROSZTATIKUS SZÁLKÉPZÉS ALKALMAZÁSA A GYÓGYSZERTECHNOLÓGIÁBAN Balogh Attila 1, Nagy Zsombor Kristóf 1, Marosi György 1 1 BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest Budafoki út 8. A gyógyszeriparban egyre növekvő igény mutatkozik a folyamatos technológiák alkalmazására. Az elektrosztatikus szálképzés az egyik olyan lehetőség, amely meg tud felelni a gyógyszeripari elvárásoknak a gyógyszerformálás területén. A technológia elvi alapja, hogy nagy elektromos térerősség hatására kialakuló Coulomb-erő képes polimer oldatokból és olvadékokból szálakat kihúzni, amik a gyűjtő felé haladva elvékonyodnak és megszilárdulnak. Az így kialakított szövedékek szálainak átmérője elérheti a szubmikronos mérettartományt (50 nm 1 m). Az oldószeres elektrosztatikus szálképzés alkalmazásának egyik előnye, hogy az oldószer rendkívül gyorsan történő elpárolgása következtében az oldott hatóanyag amorf formában marad a polimer mátrixban, ezáltal rossz vízoldhatóságú kristályos hatóanyagok kioldódási sebessége megnövelhető, amelyet tovább fokoz a szálak nagy fajlagos felülete. Emellett a módszer lehetővé teszi érzékeny hatóanyagok (probiotikumok, peptidek és fehérjék) formálását a biológiai aktivitás megtartása mellett. Az olvadék alapú elektrosztatikus szálképzéssel elkerülhető a nagy mennyiségű oldószer felhasználása és az ezzel járó robbanásveszély, emellett a termelékenység is javítható az oldószeres elektrosztatikus szálképzéshez képest. Ez a tématerület ez idáig kevéssé vizsgált, és nem találni publikációt olvadék alapú szálképzéssel előállított gyógyszerformákról. Munkánk során olvadék alapú elektrosztatikus szálképzéssel állítottunk elő nem szőtt szövedékeket különböző polimerek és kombinációjuk felhasználásával. A modellhatóanyag a rossz vízoldhatósággal rendelkező vérnyomáscsökkentő hatású Carvedilol volt. Az olvadék alapú elektrosztatikus szálképzéshez épült egy laboratóriumi vizsgálatokra alkalmas adagoló berendezés, amelynek tervezésekor szem előtt tartottuk a lehető legkisebb hőstressz biztosítását, ezért az olvadék hőmérséklete két zónában állítható. A készülék emellett képes széles tartományban nagy felbontással változtatni az olvadék térfogatáramát. A műszeres vizsgálatok alapján (DSC, XRD, FTIR) a hatóanyag az olvasztásos elektrosztatikus szálképzéssel készült mintákban amorf volt, továbbá a hatóanyag vagy a polimer bomlására utaló jelek sem voltak felfedezhetőek. A kioldódási vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy az olvasztásos elektrosztatikus szálképzéssel készített szálak esetén jelentős kioldódási sebesség növekedés érhető el a tiszta kristályos hatóanyaghoz képest. Az olvasztásos elektrosztatikus szálképzés alternatívaként szolgálhat a gyógyszerformálás területén, ipari alkalmazását megkönnyítheti a viszonylag egyszerű méretnövelhetőség (extrúderrel történő összekapcsolás). 97

98 I/ A LAKKÁZ-ENZIM RÖGZÍTÉSE VEZETŐ POLIMER MÁTRIXBA MAGNETIT NANORÉSZECSKÉK SEGÍTSÉGÉVEL Kormányos Attila 1, Janáky Csaba 1, Endrődi Balázs 1, Visy Csaba 1 1 SZTE, Természettudományi és Informatikai Kar, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, Szeged, Aradi Vértanúk tere A vezető polimerek olyan műanyagok, melyek elektromos vezetése széles határok között változtatható. Az elmúlt évtizedben egy új kutatási terület született meg, amely a vezető polimerek különféle anyagokkal alkotott nanokompozitjait vizsgálja. Mágneses vasoxid nanorészecskéket beépítve a polimer mátrixába egy teljesen új, hibrid anyag jön létre, melynek tulajdonságai az eredeti polimertől jelentősen eltérnek, például szuperkapacitív, mágneses vagy elektrokatalitikus viselkedést mutathat. Ez utóbbi különféle enzimek polimer mátrixban való rögzítésével biokatalitikus irányban is fokozható. A kutatócsoport korábbi tapasztalataiból kiindulva munkám során egy olyan nanokompozit létrehozását tűztük ki célul, mely esetén a vezető polimer (polipirrol) mátrixba módosított magnetit nanorészecskéket építünk be, melyek felületén egy adott enzim (az oxidoreduktázok családjába tartozó lakkáz-enzim) van megkötve. Munkám során kidolgoztunk egy olyan szintézismódszert, mely segítségével sikeresen immobilizáltunk lakkáz-enzimet magnetit nanorészecskék felületén. A szintézis során az alkalmazott vezetősó (K-tetraoxalát) kölcsönhatásba lép a magnetittel, melynek felületén vegyes Fe(II)/Fe(III)-oxalát alakul ki. Ennek karboxil-csoportja reakcióba lép az enzimmel, rögzítve azt a nanorészecske felületére. ATR-FT-IR technikával igazoltuk, hogy a reakció mindösszesen tíz perc alatt lejátszódik. A továbbiakban ezen nanorészecskéket sikeresen építettük be polipirrol mátrixába. A leválasztást korábbi tapasztalataink alapján galvanosztatikusan végeztük. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy az enzim kifejezetten ph-érzékeny, ezért a szintézisek során vegyes vezetősót, NaCl - kálium-tetraoxalát keverékét használtuk, melynek összetételét optimalizáltuk. 1. ábra.: Ciklikus voltammogramok telített oxigén atmoszférában, 25 mv/s pásztázási sebesség esetén, foszfát-pufferben (ph=7 c=100 mm) Ppy Ppy/magnetit Ppy/magnetit/lakkaz ,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 E/V 98

99 Az elkészített vékonyrétegek elektrokémiai viselkedését ciklikus voltammetriával vizsgáltuk. Az 1. ábrán jól látható, hogy telített oxigén atmoszférában a kompozit esetén jóval nagyobb a redukciós töltéstöbblet, mint a tiszta polipirrol vagy a polipirrol/magnetit esetén, továbbá a hibrid vékonyréteg esetén megjelent egy újabb csúcs is. A folyamat kinetikáját lineáris voltammetriával vizsgáltuk. 99

100 TERMODINAMIKAI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA SZELEKTÍV INVERZIÓ FELÉPÜLÉS MÓDSZERÉVEL Mizsei Réka 1, Király Péter 1, Horváth Gergő 1, Tárkányi Gábor 1 1 MTA Természettudományi kutatóközpont, Szerves Kémiai Intézet, NMR Laboratórium; 1025 Budapest, Pusztaszeri út Előadásomban olyan NMR technikákat mutatok be, melyek az oldatban dinamikus egyensúlyban lévő, a kémiai eltolódás időskálán megkülönböztethető, molekuláris formák közötti egyensúly jellemzésére alkalmasak [1]. A hőmérsékletfüggő jelalak-analízis (LS) és a szelektív inverzió felépülés (SIR) segítségével meghatározhatóak a konformációs átalakulások aktiválási paraméterei. A két módszer különböző cseresebesség és kémiai eltolódás arány esetén alkalmazható, így kombinációjukkal szélesebb hőmérséklettartományra terjeszthető ki a vizsgálat. Az ábra a szelektív inverzió felépülés kísérlet működését szemlélteti kémiai cserében lévő rezonanciákra. Példánkban gyenge katalitikus aktivitással rendelkező, hidrogénhíd donor tiokarbamid származékok gátolt H-C N-H anti-gauche rotameriáját vizsgáltuk. A szelektív inverziós pulzust a nagyobb eltolódású CH protonon alkalmaztuk és ismételt kísérletekben növekvő τ késleltetési idők mellett megfigyeljük mindkét, a cserefolyamatban résztvevő rezonanciának az intenzitás változását. A τ függvényében ábrázolt C-H felépülési görbék alakját a populációarányok és a spin-rács relaxációs idők mellett a k 1 és k 1 cseresebességi együtthatók határozzák meg. Ez utóbbiakat iteratív görbeillesztési módszer segítségével állapítottuk meg, 2 majd beillesztettük az Eyringösszefüggésbe. Az SIR kísérleteket kiegészítő jelalak analízist más mérési frekvenciaskálán 19 F NMR spektroszkópiával végeztük el. Vizsgálatainkat kiterjesztettük a gátolt rotáció aktiválási entalpia változásának oldószer és koncentrációfüggő vizsgálatára. Ezen eredményeink segítségünkre lehetnek a katalitikus aktivitás értelmezésében. [1] Alex D. Bain: Chemical exchange in NMR Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 43, , (2003) [2] G. Larry Bretthorst: Bayesian Spectrum Analysis and Parameter Estimation Lecture Notes in Statistics, 48, Springer-Verlag, New York (1988) 100

101 VAJZSÍR HATÁSA A NÖVÉNYI OLAJOK OLVADÁSI TULAJDONSÁGAIRA Pecznyik Csilla 1, Soós Anita 1, Somogyi László 1 1 Budapesti Corvinus Egyetem Gabona és Iparinövény Technológiai Tanszék 1118 Budapest, Villányi út A vízmentes tejzsírt (AMF) az élelmiszeripar számos területén használják előnyös érzékszervi és összetételbeli tulajdonságai miatt. Így például az édesiparban a csokoládé és a kakaós termékeknél, vagy margarinok és spreadek előállításában. Az AMF felhasználhatóságát technológiai szerepét, nem kis mértékben meghatározzák az olvadási és szilárdulási tulajdonságai, amelyek többnyire eltérnek az általánosan használt növényi zsiradékoktól. Jelen munka célja, hogy meghatározzuk az AMF hatását a kakaóvaj és a pálma középfrakció (PMF) olvadási és szilárdulási tulajdonságaira. Az anyagokat közvetlenül az iparból szereztük be, annak érdekében, hogy az eredmények gyakorlati felhasználhatóságát ezzel is segítsük. A mintákat a zsiradékok felolvasztása után készítettük el. A tiszta zsiradékok mellett 50-50%-os keverékeket is készítettünk. A tiszta zsiradékok zsírsavösszetételét az ISO 5508:1990 és ISO 5509:1990(E) módszerek alapján határoztuk meg gázkromatográfiásan. Az olvadási profilt leíró szilárd zsír görbéket (SFC) Bruker Minispec 630 pnmr készülékkel határoztuk meg. A mintákat 5-40 C tartományban 5 C-ként termosztáltuk. Az eredményeket 3 párhuzamos mérés átlagaként ábrázoltuk. A megszilárdulási tulajdonságokat 5 C-os izoterm kristályosodással követtük nyomon, a minták előzetes 100 C-on történt temperálása után. A tiszta zsiradékok zsírsavösszetételének mérési eredményei alapján megállapítottuk, hogy míg a kakaóvaj és a PMF domináns zsírsavai a palmitinsav (16:0), az olajsav (18:1) és a sztearinsav (18:0), addig a vízmentes tejzsír összetételére jellemző a sokfajta zsírsav. Az AMF összes zsírsavainak több mint 80%-át 5 zsírsav alkotja, és tipikus, hogy a 12 szénatomnál rövidebb láncú zsírsavak is mintegy 7,6 %-ban fordultak elő. 1. táblázat: AMF, a kakaóvaj és PMF zsírsavösszetétele AMF kakaóvaj Pálma SFA 72% 65,10% 56,90% MUFA 23,73% 31,90% 40,38% PUFA 2,62% 3,20% 2,65% A szilárdzsír görbék alapján megállapítottuk, hogy a tejzsír jelentősen módosítja a kakaóvaj és a pálmazsír olvadási profilját. Kakaóvaj esetén megfigyelhető, hogy a tejzsír 50%-os jelenléte az eredeti szűk olvadási tartományt kiszélesítette. A keverék SFC görbéje hasonló lefutású, mint a tejzsíré és a C-os tartományban alig tér el tőle. A jelenség alapján arra következtetünk, hogy a tejzsír erőteljes lágyító hatással rendelkezik a kakaóvajra vonatkozóan, már 50%-ban is. 101

102 SFC (%) SFC (%) 1. ábra: AMF kakaóvaj SFC görbéje C 10 C 15 C 21 C 25 C 30 C 35 C 40 C Hőmérséklet ( C) kakaóvaj AMF 50% AMF - 50% kakaóvaj Az izoterm kristályosodás mérési eredményei alapján megállapítottuk, hogy az AMF-kakaóvaj keverék megszilárdulása az AMF-fel hasonló módon megy végbe. A megszilárdulás intenzív szakasza mintegy 20 percre tehető, addig ez a keveréknél már 10 perc után befejeződik. A tejzsír az egyensúlyi SFC értéket bonyolultabb kristályosodási folyamat után közelíti, amit a megszilárdulás első 30 percében mérhető eltérő sebesség is jelez. 2. ábra: AMF kakaóvaj kristályosodási sebessége 5 C-on Idő (perc) AMF kakaóvaj 50% AMF - 50% kakaóvaj Az AMF és PMF SFC görbéinek lefutása a zsiradékok széles olvadási tartományára utal. A két zsír keverékének hasonló az olvadási profilja. A keverék szilárd zsír értékei a 102

103 SFC (%) SFC (%) mérési hőmérsékletek túlnyomó részénél az AMF-hez voltak közelebb. Az eredmények alapján arra következtettünk, hogy a tejzsír 50%-os jelenléte erőteljes lágyító hatást gyakorol a PMF-re. 3. ábra: AMF PMF SFC görbéje C 10 C 15 C 21 C 25 C 30 C 35 C 40 C Hőmérséklet ( C) PMF AMF 50% AMF - 50% PMF Az izoterm kristályosodás mérési eredményei alapján megállapítottuk, hogy a keverék ebben az esetben is inkább a tejzsírhoz hasonló módon viselkedik. A PMF-nél az intenzív megszilárdulási szakasz mintegy 10 perc, addig a tejzsírnál és a keveréknél kb. 30 perc. Az AMF- PMF keverék megszilárdulása az AMF-hez hasonló összetett jelenségre utal. 4. ábra: AMF PMF kristályosodási sebessége 5 C-on Idő (perc) AMF PMF 50% AMF - 50% PMF 103

104 Vizsgálataink során összességében azt tapasztaltuk, hogy a vízmentes tejzsír úgy, mint a szűk olvadástartományú kakaóvajra, a széles olvadási tartományú pálmazsírra is erőteljes lágyító hatást fejt ki. A két növényi zsír olvadási és megszilárdulási tulajdonságai a tejzsírhoz lettek hasonlóak. A jelenség hátterében feltételezhetjük a zsírsavösszetételben tapasztalható eltéréseket. A tejzsírban többféle zsírsav található, mint a vizsgált növényi zsírokban, és a rövid szénláncú zsírsavak aránya lényegesen nagyobb. Az eredmények az összetett élelmiszerrendszerek megtervezésében használhatóak elsősorban. 104

105 TERMOELEKTROMOS TULAJDONSÁGÚ SZÉNNANOCSŐ SZŐNYEG/POLI(3-HEXILTIOFÉN) KOMPOZIT ELŐÁLLÍTÁSA ÉS JELLEMZÉSE Samu Gergely Ferenc 1, Endrődi Balázs 1, Visy Csaba 1 1 SZTE, Természettudományi és Informatikai Kar, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, Szeged, Aradi Vértanúk tere A termoelektromos anyagokban hőmérséklet gradiens hatására potenciálkülönbség indukálódik (Seebeck-effektus), illetve ugyanezen anyagokban feszültségkülönbség esetén hőmérséklet gradiens alakul ki (Peltier-effektus). Ezen sajátságaik miatt a termoelektromos anyagok mind hűtésre/fűtésre (Peltier-elem), mind pedig energiatermelésre alkalmasak. Legrégebb óta erre a célra szervetlen félvezetőket használunk, melyek általános elterjedését magas áruk és alacsony hatásfokuk hátráltatja. A termoelektromos anyagok hatásfokának jellemzésére a jósági tényező (ZT) használható: ZT TS 2, ahol a fajlagos elektromos vezetés, T a termodinamikai hőmérséklet, S a Seebeckkoefficiens, míg a hővezetési tényező. Napjainkra a termoelektromos hatékonyság növelésére két irányvonal alakult ki: az első termoelektromos struktúrák kialakításával, míg a második új termoelektromos anyagok fejlesztésével próbálja elérni célját. Ilyen kutatások alapanyagaként a vezető polimerek ideális jelölteknek bizonyultak, hiszen ígéretes tulajdonságokkal (mind termoelektromos mind pedig fizikai) rendelkező anyagok. Seebeck-koefficiensük nagy (mv/k nagyságrendű is lehet), hővezetési tényezőjük pedig kedvezően kicsi. Alkalmazásukat fajlagos vezetésük korlátozza. Ezen tulajdonságuk akár adalékolással (ez másik két tulajdonságukat is befolyásolja), akár nanokompozit anyagok kialakításával növelhető. Munkánk során poli(3-hexiltiofén) (P3HT) elektrokémiai leválasztását valósítottuk meg nagyfokú rendezettség mutató többfalú szénnanocső (MWCNT) szőnyegekbe. A különböző módszerekkel történő leválasztás után a P3HT/MWCNT nanokompozitok elektrokémiai jellemzését ciklikus voltammetriával végeztük (1. ábra). 105

106 I / ma I / ma 1. ábra: A,: 0.5M 3HT és 0.1M Bu 4 NClO 4 acetonitriles oldatából történő potenciodinamikus leválasztás a -0.2V-1.7V tartományban 50 mv/s ciklizálási sebességgel 20 cikluson keresztül; B,: a kompozit monomermentes közegben 50 mv/s ciklizálási sebességgel felvett voltammogramjai A, E / V B, E / V Vizsgálataink során a polimerre jellemző kvázi-reverzibilis viselkedés okozta megnövekedett elektroaktivitást tapasztaltuk, mely a vizsgálat időtartama alatt stabilnak bizonyult. A kompozitok szerkezetét Transzmissziós és Pásztázó Elektron Mikroszkópia, valamint Raman Spektroszkópia segítségével vizsgáltuk. Eredményeink bizonyítják, hogy a polimer leválása az MWCNT szőnyegek belsejébe, magukra a szálakra történt. A P3HT/MWCNT nanokompozitok termoelektromos tulajdonságát Seebeck-koefficiensük és a vezetésük alapján meghatároztuk. 2. ábra: A szénnanocső szőnyeg és P3HT-nel alkotott kompozitjának SEM felvétellel történő összehasonlítása 106

107 OLDÓSZERPÁROLGÁS HATÁSA SZÉN NANOCSŐFILMEK ELEKTROMOS ELLENÁLLÁSÁRA Schuszter Gábor 1, Laufer Noémi 2 1 SZTE TTIK Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, 6720 Szeged, Aradi V. tere 1. 2 SZTE TTIK Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Rerrich Béla tér 1. Szerves oldószerek vékony filmrétegen történő párolgása a film elektromos ellenállásának változását eredményezi. Az oldószertől függő párolgás lehetőséget nyújthat egy ellenállás mérésen alapuló szenzor kialakítására. Munkánkban a párolgást jellemeztük mennyiségileg és a kapott kísérleti adatok alapján felállítottuk a rendszer viselkedését leíró modellt. Kísérleteinkben három különböző szerves oldószer (aceton, propanol, dimetilformamid) párolgásának hatását vizsgáltuk katalitikus kémiai gőzleválasztás (CCVD) technikával készített szén nanocsőfilmek (CNT) elektromos ellenállására. Különböző tömegű filmeket rögzítettünk szigetelő csipesszel egy elektromosan vezető érintkezőt tartalmazó műanyag lemezre. A filmtől adott távolságra elhelyezett Peltier-elem tette lehetővé az oldószerek szabályozott párologtatását. Különböző térfogatú oldószert cseppentettünk a film közepére és párhuzamosan mértük az ellenállás és a tömeg változását, miközben digitális kamera segítségével felülről, adott időközönként készítettünk képeket. A folyadék cseppentésekor azt tapasztaltuk, hogy amint a folyadék a lemezhez ért, az elektromos ellenállás és a tömeg is azonnal növekedni kezdett. Majd a cseppentést követően a párolgás következtében a tömeg folyamatosan csökkent, és ez a csökkenés időben lineáris volt. Ezzel szemben az ellenállás eleinte növekedett, hiszen a folyadék egyre inkább kitöltötte a CNT film pórusait. A folyadék felszínről történő elpárolgása után is jól látható folt jelezte, hogy a film pórusaiban hol található még oldószer. Ezzel párhuzamosan a felületi oldószerréteg teljes elpárolgása után az ellenállás is lineárisan csökkent az időben. Ezt követően meghatároztuk a folyadékkal telített réteg vastagságát a készített képek fényintenzitásainak ismeretében. Megállapítottuk, hogy a lineáris összefüggések az adott oldószerre jellemzőek. Továbbá azt, hogy aceton nedvesítette a legkisebb felületet a film felszínén, viszont a folyadék behatolási mélysége itt volt a legnagyobb. A propanol nagyobb területet nedvesített át, de a réteg mélysége kisebb volt, míg a dimetilformamid terült el a legnagyobb felületű és legvékonyabb rétegben. A kapott kísérleti adatok figyelembe vételével a CNT film ellenállásának időbeli változását modelleztük. Ehhez a filmet egy vékony, de nagy felületű téglatestként képzeltük el, amely két különböző fajlagos vezetési értékkel rendelkezett: A gázzal töltött (folyadékmentes) részén a lemeznek nagyobb volt a fajlagos vezetése, mint a folyadékkal töltött részé. Az áram csak egy ponton tudott belépni a filmbe, és szintén csak egy, az előzőtől eltérőn tudott kilépni, azaz a lemez határain a fluxus nulla volt. Az Ohm-törvény differenciális alakját használtuk a film ellenállásának kiszámításához: j = -(1/ρ) U, ahol j az áramsűrűség és div j = 0, ρ a fajlagos ellenállás, és U a feszültség. Az egyenlet átrendezés a következőt eredményezte: j = κ U, ahol κ az eredő fajlagos vezetés. A kísérlet végén, miután a csepp elpárolgott a pórusokból is, mért ellenállás adatokból a gázzal töltött film fajlagos vezetését becsültük. Ennek ismeretében a kísérlet elején mért ellenállás adatokból a folyadékkal telített rész fajlagos vezetése meghatározható volt. 107

108 OpenFOAM-1.6 programcsomag segítségével a differenciálegyenlet-rendszert megoldottuk és a CNT réteg ellenállását, valamint a folyadékkal telített rész alakját egyszerre tudtuk nyomon követni. Egy ilyen szimuláció pillanatképe látható az 1. ábrán két különböző nézetből. A piros terület, amely az átnedvesített réteget mutatja, folyamatosan csökken az idő előrehaladtával és végül teljesen eltűnik, a kék, folyadék mentes részt hagyva maga után. 1. ábra : (A) Felülnézet. A piros folt mutatja a film folyadékot tartalmazó területét. A képen látható folt átmérője a valóságban körülbelül 5 mm. (B) Keresztmetszet. A piros területet mutatja a folyadékkal átitatott filmréteget (átlagosan 60 μm vastag) a folt közepén készült metszeten. A réteg vastagságát tízszeresére nagyítva ábrázoljuk. Összegzésképpen elmondható, hogy a modell tükrözi a valóságban tapasztaltakat: a számolás útján meghatározott nedves réteg vastagsága a kísérleteknek megfelelően kisebb, mint a film tényleges vastagsága. Azon kísérletek esetén, ahol a CNT filmet az oldószer teljes mélységben betöltötte, a modellünk is a réteg átnedvesedését mutatta. Továbbá, a képek fényintenzitása alapján számolt ellenállás értékek változása jó egyezést mutat a mért adatok időbeni változásával. 108

109 EGYES ZSÍRKEVERÉKEK KRISTÁLYOSODÁSI TULAJDONSÁGAI Soós Anita 1, Zeke Ildikó 2, Pecznyik Csilla 1, Dr. Somogyi László 1 1.Budapesti Corvinus Egyetem, Gabona és Iparinövény Technológiai Tanszék 2.Hűtő- és Állatitermék Technológiai Tanszék 1118 Budapest, Villányi út Az élelmiszertechnológiában a növényi és az állati zsírok keverékeit egyre szélesebb körben használják. Széleskörű vizsgálati eredmények állnak rendelkezésre az egyedi zsírok technológiai jellemzőiről, de viszonylag kevés tapasztalat van a keverékek tulajdonságairól. A növényi és az állati zsírok keverékeit főleg állománykialakításra használhatja a húsipar, a tartósítóipar és a sütőipar. Ezt a szerepet a zsiradékok sajátos olvadási és termikus tulajdonságaik alapján képesek betölteni. Jelen munka célja a hazánkban leginkább elterjedt sertészsír és két igen jelentős növényi zsír, a pálma közép frakció és a pálma olein keverékeinek vizsgálata az olvadási profil és a kristályszerkezet szempontjából. A vizsgálati anyagunk az élelmiszeripari gyártóktól közvetlenül beszerzett pálma középfrakció (PMF) és pálmaolein (PO), valamint kereskedelmi forgalomból származó sertészsír. A kísérleti mintákat a tiszta zsírok, valamint ezek 50-50%-os keverékei jelentették. A keverékeket az anyagok felolvasztása után intenzív keverés mellett készítettük el, annak érdekében, hogy valamennyi kristálygócot elimináljunk. A tiszta zsiradékok zsírsav összetételét gázkromatográfiásan vizsgáltuk, követve az ISO 5508:1990 és ISO 5509:1990 (E) módszert. Az olvadási profilt a szilárdzsír görbék felvételével határoztuk meg Bruker Minispec pnmr készülékkel. A mérési hőmérsékletek 5 C, 10 C, 15 C, 21 C, 25 C, 30 C, 35 C és 40 C voltak. A kristályosodást DSC mikrokaloriméterrel követtük nyomon. A mérés körülményei a következők voltak: az előzetesen temperált minták hőáramát rögzítettük a hőmérséklet függvényében, a felfűtési sebesség 1 C/perc, a mérési tartomány:(-5) C-80 C volt. A zsírsavösszetétel mérési eredményei alapján megállapítható, hogy a minták mindegyikének domináns zsírsavai a palmitinsav, a sztearinsav, olajsav és linolsav voltak. Az összes zsír több mint 90%-át ez a négy zsírsav alkotta. A sertészsír viszonylag kevesebb telített zsírsavat, nagy mennyiségű olajsavat és számottevő olajsavat tartalmazott. A pálmaoleinben több telített zsírsav és több linolsav volt kimutatható, míg a PMF-re jellemző volt a nagyszámú telített zsírsav és a csekély linolsav tartalom. 1. táblázat: Sertészsír, PO és PMF zsírsavösszetétele Sertés Pálmaolein Pálma SFA 38% 47,30% 56,90% MUFA 58,66% 38% 40,38% PUFA 2,62% 14.3 % 2,65% 109

110 HeatFlow -bheatflow] (mw) SFC (%) A szilárdzsír tartalmak mérése során azt tapasztaltuk, hogy a sertészsír és a pálmaolein meglehetősen hasonló olvadási profillal rendelkezik. Az elnyújtott SFC görbe széles olvadási tartományra utal. A két zsír keverékének mért értékei a tiszta zsírok értékeihez hasonlóak voltak. Egyes esetekben a keverék SFC értéke nagyobb volt a tiszta zsírokénál. 1. ábra: A sertészsír és a PO SFC görbéi C 10 C 15 C 21 C 25 C 30 C 35 C 40 C Hőmérséklet ( C) PO sertészsír 50% sertészsír - 50% PO A kalorimetriás vizsgálatok alapján megállapítottuk, hogy a sertészsír két jellemző kristály frakcióval rendelkezik. Az ezekhez tartozó endoterm csúcsok maximuma rendre 29 C és 60 C körül volt. Ezzel szemben a pálmaolein esetében három endoterm csúcsot lehetett kimutatni, amelyek maximuma 11 C, 36 C és 60 C körül volt. A keverék elemzése során ugyancsak három csúcsot tapasztaltunk, amelyek közül a két alacsonyabb hőmérsékletű 17 C és 32 C körül mutatott maximumot. 2. ábra: A sertészsír DSC görbéje Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset : 31.3 ( C) Baseline Type : Linear Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset :! Offset : ( C) Baseline Type : Linear Exo Endo Sample Temperature ( C)

111 HeatFlow -bheatflow] (mw) HeatFlow -bheatflow] (mw) 3. ábra: A sertészsír - PO DSC görbéje Heat : (J/g) T : 6.11 and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset :! Offset : ( C) Baseline Type : Linear Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset : ( C) Baseline Type : Linear Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset :! Baseline Type : Linear Exo Endo Sample Temperature ( C) ábra: A PO DSC görbéje 0.5 Heat : (J/g) T : 0.97 and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset : ( C) Baseline Type : Linear Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset : ( C) Baseline Type : Linear Exo Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset :! Offset : ( C) Baseline Type : Linear Endo Sample Temperature ( C) A sertészsír és a PMF szilárdzsír tartalma jelentősen különbözött egymástól, de a mérési eredményekből megalkotott olvadási görbék jellege azonos volt. Mindkét zsiradék elnyújtott SFC görbével volt jellemezhető, ami széles olvadási tartományra utal. A két zsír keverékének SFC értékei a tiszta zsírok között helyezkedtek el jellemzően a keverési aránynak megfelelően. 111

112 HeatFlow -bheatflow] (mw) SFC (%) 5. ábra: A sertészsír és a PMF SFC görbéi C 10 C 15 C 21 C 25 C 30 C 35 C 40 C Hőmérséklet ( C) PMF sertészsír 50% sertészsír - 50% PMF A kalorimetriás mérések alapján a PMF-et a sertészsírhoz hasonlóan ugyancsak két kristályfrakcióval lehetett jellemezni. Az első endoterm csúcs 45 C, a másik 60 C körül volt. A keverék termogrammján három csúcsot lehetett elkülöníteni, az egyik 60 C körül mutatott maximumot. A másik, a kettő közül az egyik a pálmazsírhoz, a másik a sertés zsírhoz volt hasonló. Maximumaik rendre 38 C és 21 C voltak. 6. ábra: A PMF DSC görbéje Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset : ( C) Baseline Type : Linear Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset :! Baseline Type : Linear Exo Endo Sample Temperature ( C)

113 HeatFlow -bheatflow] (mw) 7. ábra: A sertészsír - PMF DSC görbéj 1 Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset : ( C) Baseline Type : Linear Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset : ( C) Offset : ( C) Baseline Type : Linear Heat : (J/g) T : and ( C) Peak Maximum : ( C) Peak Height : (mw) Onset :! Offset : ( C) Baseline Type : Linear Exo Endo Sample Temperature ( C) Eredményeinkből összefogóan arra következtettünk, hogy a sertészsír lágyabb, mint a vizsgált két növényi zsír. A lágyító hatás különösen a PMF esetében érvényesül. Valamennyi zsírkeverék a tiszta zsírokhoz hasonló olvadási profilt mutatott. A kristályfrakciók a sertészsír-pmf keveréknél módosultak a tiszta zsírokhoz képest. A pálmaoleinnél a keverék tiszta növényi zsír kristályprofiljához volt hasonló. A vizsgálatok során használt módszerek további kiterjesztése javasolható a keverékek technológiai hatása tanulmányozása érdekében. 113

114 114

115 SZERVES KÉMIA II. 115

116 116

117 5- ÉS 6-TAGÚ P-HETEROCIKLUSOK REZOLVÁLÁSA ÉS KOMPLEXKÉPZÉSI REAKCIÓI Bagi Péter 1, Keglevich György 1, Fogassy Elemér 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék 1111, Budapest Budafoki út 8. F. II. mfsz. A szintetikus szerves kémiában széles körben alkalmaznak P-aszimmetria centrumot tartalmazó foszforvegyületeket, amelyek közül a királis foszfinoknak van a legnagyobb jelentősége, ugyanis ezeknek a vegyületeknek átmenetifém komplexei hatékonyan használhatók katalizátorként enantioszelektív homogén katalitikus reakciókban [1]. Mivel P- királis szerves foszfor vegyületek nem találhatók meg enantiomertiszta formában a természetben, e vegyületek elsődleges forrása a rezolválás, valamint az aszimmetrikus szintézis. A kutatócsoportban az elmúlt években eredményes eljárást dolgoztak ki az 1- szubsztituált-3-metil-3-foszfolén-1-oxidok (1) optikai izomerjeinek elválasztására borkősav származékokat (2-4) alkalmazva rezolválóágesként [2,3]. A foszfolének (1) jelentősége abban áll, hogy további többtagú P-heterociklusok szintetizálhatóak belőle, valamint foszfinokká redukálhatóak. A megkezdett kutatómunkát folytatva eredményesen kiterjesztettük a már említett rezolválási módszert számos hattagú származék (5-7) enantiomerjeinek elválasztására. Részletesen vizsgáltuk, hogy az 1-fenil-3-metil-3-foszfolén-1-oxid (1) 3-fenil-6,6- diklór-1-metil-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxid (5) 1-fenil-4-klór-1,2- dihidrofoszfinin-1-oxid (6) 1-fenil-4-klór-5-metil-1,2,3,6-tetrahidrofoszfinin-1-oxid (7) reakciósorban mely lépések során marad meg az optikai aktivitás, illetve történik racemizáció. Kutatómunkám során az irodalomban eddig nem ismert 1-alkil-3-metil-3-foszfolén ligandumot tartalmazó Pt-komplexeket (8) állítottunk elő racém és optikailag aktív formában. Az így szintetizált Pt-komplexeket katalizátorként alkalmazták sztirol hidroformilezési reakciójában, és jó kemo-, és regioszelektivitással kapták a 2-fenilpropanalt, valamint királis indukciót is megfigyelhető volt az optikailag aktív katalizátorok alkalmazása esetén [4]. [1] Kollár, L.; Keglevich, G. Chem. Rev. 2010, 110, [2] Ujj, V.; Schindler, J.; Novák, T.; Czugler, M.; Fogassy, E.; Keglevich, Gy. Tetrahedron: Asymmetry 2008, 19, [3] Ujj, V.; Bagi, P.; Schindler, J.; Madarász, J.; Fogassy, E.; Keglevich, Gy. Chirality 2010, 22, [4] Keglevich, G.; Bagi, P.; Szöllősy, Á.; Körtvélyesi, T.; Pongrácz, P.; Kollár, L.; Drahos, L. J.Organomet. Chem. 2011, 696, A kutatást az OTKA (K75236) támogatta. 117

118 AKRIDIN EGYSÉGET TARTALMAZÓ KIRÁLIS ÁLLÓFÁZISOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA Németh Tamás 1, Tóth Tünde 1, Huszthy Péter 1 1 BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111, Budapest, Szent Gellért tér 4. A királis biogén aminok, aminosavak és származékaik enantiomerjeinek jelentősen eltérő fiziológiai hatása lehet, ezért különösen a gyógyszer-, növényvédőszer-, élelmiszerés kozmetikaiparban nagy jelentőségű ezen élettani szempontból fontos vegyületek enantiomerjeinek elválasztása, ill. az enantiomerek arányának pontos meghatározása. Az erre alkalmas módszerek közül a koronaéter alapú királis állófázisokon végzett folyadékkromatográfia bizonyult eddig a leghatékonyabbnak és legpontosabbnak. Kutatómunkám során a kereskedelemből könnyen beszerezhető és viszonylag olcsó alapanyagokból kiindulva, többlépéses szintézisben 2 új, akridin egységet tartalmazó enantiomertiszta (a királis centrumain metil-, illetve izobutilcsoportot tartalmazó) koronaéter szelektormolekula alapú királis állófázist állítottam elő (1. Ábra). 1. Ábra Szám (R,R)-1 (R,R)-2 R Me ibu Az (R,R)-1 és (R,R)-2 királis állófázisokkal jó szelektivitással és hatékonyan választottuk el a különböző királis vendégmolekulák (aminok és származékaik) enantiomerjeit. A szintézisek kidolgozása során az akridin egységet tartalmazó prekurzorok előállításának egyes lépéseiben módosításokat hajtottam végre a termelés javítása céljából, illetve a környezetet kevésbé terhelő, olcsóbb reagenseket használtam. A HPLC méréseket a Richter Gedeon Nyrt-ben végezték. A kutatást az OTKA PD71910 és K81127 pályázatok támogatták. 118

119 FENILPIRROL ALAPVÁZÚ KIRÁLIS LIGANDUMOK SZINTÉZISE ÉS ALKALMAZÁSA Erdélyi Zsuzsa, 1 Mátravölgyi Béla, 2 Faigl Ferenc 1,2 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék 2 MTA Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport 1111 Budapest, Budafoki út 8. Az irodalomban számos példa található aminoalkoholok ligandumként történő alkalmazására különböző enantioszelektív reakciókban. Kutatócsoportunkban korábban már előállítottak fenilpirrol alapvázú királis aminoalkoholokat, melyeket benzaldehid és dietil-cink reakciójában katalizátor ligandumként alkalmazva több esetben is kiváló eredményt értek el. A leghatékonyabb vegyületnek az (S)-1a bizonyult (96 % ee, 95 % termelés). Kutatómunkánk során további 1-fenilpirrol alapvázú királis aminoalkoholok szintézisével foglalkoztunk. Célvegyületeink ((S)-1b-f) a pirrolgyűrűn tercier aminocsoportot tartalmaznak, míg a benzolgyűrűn tercier alkohol molekularésszel rendelkeznek. Az előállított új vegyületek katalizátor ligandumként történő alkalmazhatóságát enantioszelektív modellreakcióban vizsgáltuk. 1. ábra Annak érdekében, hogy vizsgálni tudjuk az amino-csoport minőségének hatását a ligandum hatékonyságára, előállítottunk különböző alifás, gyűrűs, valamint centrális 119

120 kiralitáselemmel rendelkező amino-csoportot tartalmazó atropizomereket ((S)-1b-f) az alkohol molekularész változtatása nélkül. A célvegyületeket 1-[2-(trifluormetil)fenil]-1H-pirrolból (2) kiindulva szintetizáltuk. Irányított dimetallálási lépésen keresztül előállítottuk a dikarbonsavat (4), majd rezolválást követően az optikailag aktív monoésztert ((S)-5). A karbonsav-funkció átalakításával savamidot képeztünk ((S)-6), ezt követően Grignard-reakció segítségével kialakítottuk a tercier alkohol molekularészt. A szintézissor utolsó lépéseként a savamid-csoport redukciójával jutottunk az enantiomertiszta aminoalkoholokhoz ((S)-1b-f). 2. ábra Az előállított vegyületeket benzaldehid és dietil-cink addíciójában alkalmaztuk katalizátor ligandumként (3. ábra). 3. ábra A legjobb eredmény a kutatócsoportban korábban már előállított dietil-aminocsoportot tartalmazó aminoalkohollal ((S)-1a) érhető el (96 % ee, 95 % termelés), de több 120

121 más vegyülettel is magas enantioszelektivitás és termelés kapható (26-93 % ee, % termelés, 4. ábra). 4. ábra Ligandum Aminocsoport Termelés [%] ee [%] pk a a 1 1a , b , c , e , d ,48 6 1f a A pk a-érték az amino-csoportra vonatkozik. Dr. Balogh György és munkatársai meghatározták több aminoalkohol ((S)-1a-d) pk a -értékét. A 4. ábrán látható, hogy a nagyobb pk a -értékű amino-csoportot tartalmazó katalizátor ligandummal magasabb enantioszelektivitás érhető el, tehát minél erősebb bázis, annál hatékonyabb. A továbbiakban a ligandum hatékonyságát a tercier alkohol funkció módosításának függvényében kívánjuk vizsgálni. 121

122 1,3-DISZUBSZTITUÁLT KUNEÁNVEGYÜLETEK SZINTÉZISE ÉS VIZSGÁLATA Szőnyegi Zoltán 1, Dr. Jalsovszky István 1 1 ELTE TTK Kémiai Intézet, Szerves Kémiai Tanszék 1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A A kalitkavázas vegyületek közül kiemelkedő jelentősége van a kubánnak és származékainak. Számos területen (haditechnika, gyógyászat) merült fel a kubánvázas vegyületek alkalmazásának lehetősége, bár a gyakorlatban való széles körű elterjedésükhöz a jelenleginél olcsóbban kivitelezhető szintézisre lenne szükség. A kubánvázas vegyületek egyes csoportjai folyadékkristályos tulajdonságokat mutatnak. Napjainkban ez a terület nagy gyakorlati jelentőséggel bír, és számos kalitkavázas vegyület folyadékkristályos tulajdonságait leírták már [1]. Köztük a kuneán származékait, melyeknek alapváza a kubán ezüstionok által katalizált átrendeződésével állítható elő [2]. Ezek közül az irodalomban csak a 2,6-diszubsztituált kuneánszármazékokat vizsgálták részletesen [3]. Emiatt merült fel az az igény, hogy az 1,3-diszubsztituált kuneánvegyületek esetleges folyadékkristályos viselkedését is érdemes lenne megvizsgálni. Az említett célok miatt szükség volt 1,3-diszubsztituált kuneánvázas alapanyagra, erre a célra az 1,3-bisz(hidroximetil)-kuneán tűnt alkalmasnak. Ezt a vegyületet korábban már sikeresen előállították, azonban ennek a szintézisnek volt egy hátránya. Az 1,4- bisz(hidroximetil)-kubán átrendezéséhez védőcsoportra van szükség. Ennek az átrendeződést követő eltávolításakor nagymértékű kátrányosodás lépett fel, ami a kitermelést csökkentette, és szennyezett terméket eredményezett. Ennek a problémának a kiküszöbölése volt a kutatásunk első lépése, hogy a későbbi alkalmazásokhoz megfelelő tisztaságú alapanyagot tudjunk előállítani. Az általunk alkalmazott új módszer segítségével, melynek lényege egy az eddigiektől [2,4] eltérő védőcsoport alkalmazása, sikerült elérni ezt a célt. Ez a védőcsoport a terc-butil-dimetilszilil csoport volt. A korábbi eljárásokban [4] alkalmazott védőcsoporthoz hasonlóan ez is jó termeléssel kapcsolható a védendő molekulához. Átrendeződéskor a céloknak megfelelő termékarányt kaptunk, az 1,3-diszubsztituált kuneánvegyület 97 %-os szelektivitással képződött. Ebből a melléktermékeket, többek között a 2,6-izomert sikerült eltávolítani, és a tiszta 1,3-izomerrel folytatni a további kísérleteket. A védőcsoport eltávolítása enyhe körülmények között megoldható, amivel sikerült elkerülni a kátrányos melléktermékek képződését. Mivel a kuneán-2,6-dikarbonsav p-alkoxi-fenolokkal képzett észtereinél már megfigyeltek mezofázisokat, ezért érdemesnek tartottuk megvizsgálni az 1,3- bisz(hidroximetil)-kuneán p-alkoxi-benzoesavakkal alkotott észtereinek tulajdonságait is. Az észteresítési módszer kidolgozásához modellvegyületként p-(n-oktiloxi)-benzoesavat használtunk. Ezt is sikerült megvalósítani a célnak megfelelően, azonban ez a vegyület nem mutatott folyadékkristályos viselkedést. Ezután megvizsgáltuk azt a lehetőséget, hogy az előbbi származék tulajdonságaira milyen hatással van további benzolgyűrűk beépítése, ugyanis ez általában elősegíti a rendezett folyadékfázis kialakulását. A vizsgálatok során kiderült, hogy ez a vegyület, az 1,3-bisz{p-[p-(n-oktiloxi)-benzoiloxi]benzoiloxi-metil}- kuneán már háromféle mezofázissal is rendelkezik, tehát érdemes több származékot is 122

123 előállítani. Ezeknek az előállítására is ki kellett dolgozni a megfelelő módszert, ami a legjobb hozammal eredményezi a kívánt terméket. Itt fontos szempont volt az, hogy a kuneánvázas alapanyagot csak a többlépéses szintézis végén kapcsoljuk hozzá a molekula többi részéhez, mivel ez a legdrágább, és így az intermedierek tisztítása közben nem veszítünk kuneánvázas anyagot. Az 1. ábrán látható származékok már vizsgálat alatt állnak, és kiderült, hogy mindegyikük mutat folyadékkristályos tulajdonságokat a polarizációs mikroszkóppal végzett vizsgálatok alapján. További elektrooptikai, kalorimetriás és röntgendiffrakciós mérések is folyamatban vannak. A vegyületek fizikai tulajdonságainak vizsgálatát dr. Fodor-Csorba Katalin (MTA SZFKI, Komplex Folyadékok Osztály), és dr. Jákli Antal (Kent State University, Liquid Crystal Institute) végezték. 1. ábra H 2 C O O O CH 2 CH 3 n O O CH 2 O O O CH 2 CH 3 n O O n = 7-16 [1] Bényei, Gy., Kalitkavázas vegyületek szintézise, és mezomorf tulajdonságainak vizsgálata, doktori értekezés, ELTE Szerves Kémiai Tanszék, MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézet, Budapest, (2006) [2] Cassar, L., Eaton, P. E., Halpern, J., J. Am. Chem Soc. 92, (1970) [3] Bényei, Gy., Jalsovszky, I., Vajda, A., Demus, D., Rao, S., Prasad, K., Fodor-Csorba, K., Electronic Liquid Crystal Communications, (2005) [4] Durkó, G., Kubánvázas vegyületek átrendeződési reakciói, szakdolgozat, ELTE Szerves Kémiai Tanszék, Budapest, (2006) 123

124 OPTIKAILAG AKTÍV PIRROLO[1,2-A]PIRIMIDINEK ÉS PIRIMIDO[2,1-A]IZOINDOLOK ELŐÁLLÍTÁSA RETRO DIELS-ALDER REAKCIÓVAL Tóth Zita 1 1 SZTE, Gyógyszerkémiai Intézet, 6720, Szeged, Eötvös u. 6. A diexo-3-amino-n-metilbiciklo[2.2.1]hept-5-én-2-karboxamidot (1) 4-metilszulfonsav katalizátor jelenlétében A és B γ-oxokarbonsavakkal toluolban forralva, vízkilépéssel, sztereoszelektív gyűrűzárási reakció játszódott le. A reakcióelegyből oszlopkromatográfiás tisztítás után a (+)-2, ( )-3 és ( )-4 izoindolo-kinazolinonokat, valamint a ( )-8 és (+)-9 pirrolo-kinazolinonokat nyertük. N Me R 2 MH N O O (+)-10: R 2 = Me (+)-11: R 2 = 4-MePh N Me R 2 N O O O R 2 B ( )-8: R 2 = Me (+)-9: R 2 = 4-MePh OH O O 2 Me N H 3 NH 2 ( )-(1R,2R,3S,4S)-1 O OH O A R 1 O N Me R 1 N O (+)-2: R 1 = H O N Me R 1 N MH MH O O O N N Me R 1 ( )-5 O N N Me R 1 O ( )-3: R 1 = Me ( )-4: R 1 = 4-MePh (+)-6: R 1 = Me ( )-7: R 1 = 4-MePh Korábbi munkákból kitűnt, hogy a [4+2] cikloreverziós reakciók alkalmazásakor a diénofil termékeknél nincs konfigurációváltozás [1]. Ezt használtuk fel a címben szereplő vegyületek előállításához: a metilénáthidalt heterociklusos vegyületek 1,2-diklórbenzolos oldatát CEM mikrohullámú (MH) reaktorban 200 W energiával C-ra melegítettük. A ciklopentadién kilépése 10 perc alatt lejátszódott. A retro Diels-Alder-reakcióban keletkezett termékeket semleges alumínium-oxid töltetű kromatográfiás oszlopon tisztítottuk. Az ( )-5, (+)-6 és ( )-7 pirimido-izoindol valamint a (+)-10 a (+)-11 pirrolopirimidin enantiomerek %-os hozammal keletkeztek. [1] (a) F. Fülöp, F. Miklós, E. Forró, Synlett, 1687, 2008; (b) P. Sohár, F. Miklós, A. Csámpai, G. Stájer, J. Chem. Soc., Perkin Trans 1, 558,

125 FENANTRIDON ALKALOID ANALOGONOK TOTÁLSZINTÉZISÉNEK ALAPVEGYÜLETEKÉNT HASZNÁLATOS SZUBSZTITUÁLT BENZILIDÉNACETONOK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MELLÉKREAKCIÓI Varró Gábor 1, Győri Erika 1, Hegedűs László 2, Simon András 3 Kádas István 1 1 BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Bp. Budafoki út 8. 2 MTA Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport, 1111 Bp. Budafoki út 8. 3 BME, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék, 1111 Bp. Szt. Gellért tér 4. A kiemelkedő rákellenes hatással rendelkező fenantridon alkaloidok (1-4) és várhatóan hatásos analogonjaik (5) totálszintézisének számos előnnyel rendelkező alapvegyületei a jól hozzáférhető aromás aldehidekből régóta ismert úton kapható, a fenil gyűrűn megfelelően szubsztituált benzilidénacetonok (6). Eddigi szintetikus munkánk során mi is ezt az alapvegyületet használtuk [1-4]. Ez teszi számunkra is aktuálissá a következőkben ismertetett vizsgálatokat. OH R R 2 OH R R O O O R 1 O NH OH 1 R 1, R 2 = OH : Pankratisztatin 2 R 1 =H, R 2 =OH : 7-dezoxi-pankratisztatin 3 R 1, R 2 =H :7-dezoxi-transz-dihidro-narciklazin 4 R 1 =OH, R 2 =H :transz-dihidro-narciklazin R R R NH R R R O R 5 R= H, OH, OCH 3, OAc 6 R= H, OH, OCH 3, -OCH 2 O-, 6 benzaldehidekből kiinduló, egyszerűnek látszó előállítása, amely lényegét tekintve aldol kondenzáció, különösen a benzol gyűrűn többszörösen szubsztituált származékok esetében számos nem várt nehézséggel jár, amelyek az említett, többszörösen szubsztituált esetekben előtérbe lépő, nehezen visszaszorítható mellékreakciókkal függenek össze. Előadásunkban ismertetjük az említett mellékreakciókat, e reakciók előtérbe kerülésének valószinűsithető okait. Ezt követően e mellékrekciók felléptének irodalomban megtalálható előzményeit illetve visszaszorításukra tett korábbi próbálkozásokat, és e reakciók elméleti hátterét elemezzük. Végül mindezek figyelembevételével felsoroljuk azokat a szintetikus, illetve preparatív megoldásokat, amelyekkel remélhetően eredményesen áthidalhatók a fellépett nehézségek. 125

126 A legfontosabb mellékreakció az aldol kondenzáció során fellépő, a következő ábrán látható dimerszerű melléktermékhez vezető kétszeres kondenzáció: O R O CH 3 COCH 3 R R R bázis R R R R R 7 R= H, OH, OCH 3, -OCH 2 O-, 8 R= H, OH, OCH 3, -OCH 2 O-, E zavaró mellékreakció visszaszorítására a szubsztituensektől függően különböző megoldásokat vizsgáltunk. Az előzőekben említett irodalmi, és elméleti háttérelemzés után saját, eddigi preparatív vizsgálatainkról is beszámolunk. [1] Szántó,G.,Bombicz,P., Grün,A., Kádas,I. Chirality 2008,20,1120. [2] Szántó,G.,Hegedűs,L.,Mattyasovszky,L.,Simon,A.,Simon,Á.,Kádas,I.Tetr.Lett. 50,2857(2009) [3] Szántó,G.,Hegedűs,L,Mattyasovszky,L.,Simon,A.,Simon,Á.,Bitter,I.,Tóth.G.,Tőke,L., Kádas,I.Tetrahedron 65,8412(2009) [4] Szántó,G.,Kádas,I.,Kárpáti,T.,Hegedűs,L. React.Kinet.Mech. Catal. 99,85 (2010) 126

127 KATALÍZIS 127

128 128

129 KIRÁLIS ALKOHOLOK RACEMIZÁCIÓJÁNAK VIZSGÁLATA Ru(II)-KOMPLEX KATALIZÁTOROKKAL Marozsán Natália 1, Joó Ferenc 1,2 1 Debreceni Egyetem Fizikai Kémiai Tanszék 2 MTA-DE Homogén Katalízis és Reakciómechanizmusok Kutatócsoport 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Tudományos munkánk során optikailag tiszta szekunder alkoholok Ru(II)-komplex vegyületek által katalizált racemizációját vizsgáltuk. A téma vizsgálatának egyik fő oka, hogy az enantiomerek egymásba alakítása egyre fontosabbá válik, mind az iparban, mind a gyógyszergyártásban egyaránt. Ugyanis az élő szervezetre gyakorolt hatása a két enantiomernek eltérő lehet. Ismerünk olyan királis vegyületeket, amelynek egyik enantiomerje az emberi szervezetre jótékony hatással van, ezzel ellentétben másik enantiomerje viszont káros az egészségre. A legtöbb szintetikus gyógyszer hatóanyaga racém formában állítható elő, ezért fontos az átalakításuk. A racemizáció folyamata alatt egy optikailag tiszta enantiomert racém eleggyé alakítunk, amelyet a nem kívánt enantiomer eltávolítása után, többszöri racemizálás eredményeképp átalakíthatunk a másik előállítani kívánt enantiomerré. Fő célunk ezért olyan Ru(II)-katalizátorok felderítése és alkalmazása volt, amelyek jól alkalmazhatók királis alkoholok racemizációjára. Tudományos munkánk lényegi részét főként az (S)-1-feniletanol racemizációjának vizsgálata tette ki, mivel ezen vegyületet modellvegyületként alkalmazzák racemizációs vizsgálatokhoz, de ezenkívül egyéb optikailag tiszta alkoholok vizsgálatát is végeztük. A lejátszódó racemizációs folyamatot az (S)-1-feniletanol esetében a következő ábra szemlélteti. 1.ábra: (S)-1-feniletanol racemizációja A racemizációs vizsgálatokhoz két, sajátságaiban lényegesen eltérő típusú, Ru(II)-t tartalmazó komplexeket alkalmaztunk. Konkrétan vizsgáltuk a [Ru(H 2 O) 6 ](tos) 2 és foszfint tartalmazó katalizátorrendszerben a reakció foszfinfüggését, a reakcióidő hatását a racemizáció lefutására, a bázis koncentrációjának hatását, valamint az (S)-1-feniletanolon kívül az R-(-)-2-2 oktanol,valamint az (S)-(-)-α-metil-2naftilmetanol racemizációját is elvégeztük ezzel a katalizátorral. Munkánk másik fő részét adja, hogy Ru(II)-N-heterociklusos karbén ligandumokat tartalmazó katalizátorok katalitikus aktivitását hasonlítottuk össze az (S)-1-feniletanol racemizációjában. Megvizsgáltuk a [RuCl 2 (p-cimol)] 2 összetételű dimer, [RuCl 2 (p-cimol)] 2 129

130 +2 PPh 3 összetételű katalizátor, [RuCl 2 (bmim)(p-cimol)] és a [RuCl 2 (bmim)(p-cimol)] + PPh 3 összetételű katalizátorokat a racemizáció lejátszódásában. Az egyes katalizátorok használatával elért eredményeinket a következő táblázatban foglaltuk össze: 1.táblázat: Ru(II)-NHC katalizátorok összehasonlítása (Reakciókörülmények: c katalizátor = 0,01 mol/dm 3 ; c PPh3 = 0,01 mol/dm 3 ; a Ru:PPh 3 =1 miatt kétszeres mennyiségű a PPh 3 c (S)-1-feniletanol = 0,252 mol/dm 3 ; c HCOONa =,1 mol/dm 3 t=4h ; V toluol = 2 ml; T= 95 C) További vizsgálatainkat a legalacsonyabb enantiomerfelesleget eredményező [RuCl 2 (bmim)(p-cimol)] + PPh 3 katalizátorrendszerrel folytattuk. A bázis minőségének-, illetve a reakcióidő hatását vizsgáltuk a reakció lefutására, ezenkívül a reakció hőmérsékletfüggésének tanulmányozását is elvégeztük. A kutatás az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV ) valamint az OTKA (K ) támogatásával valósult meg. 130

131 KELÁTKÉPZŐ HIBRID LIGANDUMOK VIZSGÁLATA PALLÁDIUM-KATALIZÁLT ASZIMMETRIKUS ALLIL- HELYZETŰ SZUBSZTITÚCIÓS REAKCIÓKBAN Farkas Gergely 1, Császár Zsófia 1, Szöllősy Áron 2, Bakos József 1 1 Pannon Egyetem, Szerves Kémia Intézeti Tanszék, 8200 Veszprém, Egyetem u Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék, 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4. Az aszimmetrikus szintézis a zöld kémia fontos területe, hiszen a finomkémiai eljárásokban minden sikeres szelektív lépéssel felezhető a szintézisben felhasznált anyag mennyisége. Az aszimmetrikus katalitikus reakciók további előnye, hogy a királis információt kis mennyiségű katalizátor képes átadni nagy mennyiségű terméknek [1-2]. Ilyen aszimmetrikus katalitikus reakciókat meg lehet valósítani homogén átmenetifémkomplexekkel, heterogén katalizátorokkal, immobilizált komplexekkel és enzimekkel egyaránt [3,4]. A királis kelátképző ligandumok katalitikus alkalmazása enantioszelektív hidrogénezési reakciókban rendkívül hatékony módszer optikailag tiszta vegyületek előállítására. Az utóbbi néhány év folyamán kifejlesztett királis hibrid ligandumokkal [5-8] így foszfin-foszfinit [9,10], foszfin-foszforamidit [11-13] és foszfin-foszfit ligandumokkal [14-18] módosított átmenetifém-komplexek az aszimmetrikus reakciók rendkívül hatékony katalizátorainak bizonyultak. A kétfogú kelátképző ligandumok között, a foszfin-foszfit típusú vegyületek különleges helyet foglalnak el egyedülálló elektronikus tulajdonságaiknak és egyszerű előállításuknak köszönhetően. Munkánk során összesen hét foszfin-foszfit típusú vegyületet [19-21] (1. ábra) állítottunk elő és vizsgáltuk ezek katalitikus jellemzőit palládium-katalizált aszimmetrikus allil-helyzetű szubsztitúciós reakciókban (2. ábra) [22-26]. Az egyes ligandumok koordinációs tulajdonságait palládium-, elektronikus sajátságait pedig szelén-tartalmú komplexeik felhasználásával, 31 P{ 1 H} NMR spektroszkópia segítségével tanulmányoztuk (3. ábra). Az aszimmetrikus allil-helyzetű szubsztitúció (Trost-féle AAA reakció) olyan szerves kémiai reakció, mely alkalmas szén-szén és szén-heteroatom (leggyakrabban O, N és S) σ-kötés enantioszelektív kialakítására [26,27]. A Pd-katalizált reakció jelentőségét tovább növeli az tény, hogy a katalitikus ciklus intermedierjei spektroszkópiai módszerekkel könnyen vizsgálhatók, a katalitikus ciklus jól ismert. (Más átmenetifémkatalizált (Rh, Mo, Ir, Cu, Ni, W stb) allil-helyzetű szubsztitúciós reakciók esetében az intermedierek vizsgálata nehézkes, a ciklus lépései sok esetben még nem teljesen tisztázottak.) A reakció ugyanakkor sokkal enyhébb körülmények között megvalósítható mint egy hagyományos alifás S N 1 vagy S N 2 reakció. A kísérleteink során elért eredmények alapján megállapítottuk, hogy a foszfinfoszfit ligandumok kiemelkedően jó aktivitással (TOF = 200 h -1 ) és jó szelektivitással (ee = 83%) szolgáltatták a kívánt terméket. Meglepő módon a homológ sort alkotó ligandumok (1-4) a kelátgyűrű méretének növekedésével egyre jobb katalitikus aktivitást és enantioszelektivitást adtak. A katalitikus teljesítmény növekedése feltételezhetően a ligandumok sztérikus sajátságainak következménye. 131

132 1.ábra Foszfin-foszfit ligandumok A legjobb szelektivitást (ee = 70-83%) a hídban sztereogén elemet tartalmazó ligandumokkal (5-7) értük el. Lényeges megemlíteni a ligandumok terminális helyzetű binaftil- vagy oktahidrobinaftil-csoportjának, illetve a hídban lévő sztereogén elemeinek konfigurácója közötti viszonyt (5 és 6). A reakció szelektivitása szempontjából az egyes ligandumokat a matched, illetve a mismatched jelzőkkel illethetjük attól függően, hogy a sztereogén elemek mely kombinációjával érhető el a jobb optikai hozam. Fontos szereppel bír ugyanakkor a ligandum terminális binaftil-csoportjának részleges telítettsége is, hiszen mind a sztérikus, mind pedig az elektronikus tulajdonságok befolyásolásával hatással van a katalitikus jellemzőkre. 2.ábra Aszimmetrikus allil-helyzetű szubsztitúciós reakció Vizsgálatainkat kiterjesztettük a reakció oldószer- és hőmérsékletfüggésére, továbbá vizsgáltuk a bázis hatását a reakció optikai hozamára és szelektivitására. Fontos megemlíteni, hogy a reakciót zöld oldószerekben (pl. rac-propilén-karbonátban és etilénkarbonátban) az optikai hozam és az aktivitás csökkenése nélkül sikerült megvalósítani. Emellett érdekes összefüggést állapítottunk meg az alkalmazott palládiumkomplex ellenionja és a reakció szelektivitása között. Jó koordinációs képességű ellenionok (pl. Cl - ) jelenlétében gyengébb optikai hozam figyelhető meg, mint a kévésbé jól koordinálódó ellenionok (pl. BF 4 - ) esetében. 3.ábra Foszfin-foszfitek palládium-komplexeinek és szelén-származékainak előállítása 132

133 A ligandumok palládium-komplexeinek 31 P{ 1 H} NMR spktroszkópiai vizsgálatával megállapítottuk, hogy a ligandumok 4 kivételével kelátképző sajátságúak. Érdekes, hogy a hídban négy metiléncsoportot tartalmazó ligandum dikloro-palládiumkomplexsze nem oldódik közönséges szerves oldószerekben. Feltételezhetően polimer szerkezetű anyagról van szó, mely tulajdonság a ligandum koordinálódó foszforatomjai közötti megnövekedett távolsággal magyarázható. A ligandumok mindegyike reagál elemi szelénnel a megfelelő szeleno-foszfát és foszfin-szelenid képződése közben. A 77 Se természetes szelén-izotóp révén mérhető a 1 J(P,Se) csatolási állandó, melynek nagysága rendkívül informatív a koordinálódó foszforatomok σ-donor sajátságait illetően [28,29]. Mindezek alapján megállapítható, hogy az 1-4 ligandumok esetében a szénlánc hosszának növekedésével nő a foszforatom bázicitása, mely nagyban befolyásolhatja a vegyület katalitikus sajátságait. Elmondható továbbá, hogy a részlegesen telített binaftil-csoporttal rendelkező 7 ligandum foszfit-csoportja telített analógjához képest (6) nagyobb bázicitású. Eredményeink alapján jól látható, hogy a ligandumaink sztérikus és elektronikus tulajdonságai és így katalitikus jellemzői a szerkezeti sokféleségük, modularitásuk révén rendkívül széles spektrumon változtatható. A szintézisükre kidolgozott módszerek pedig lehetőséget biztosítanak ezen szerkezeti és katalitikus tulajdonságok finom hangolására, ezen keresztül aktivitásuk és szelektivitásuk növelésére. Köszönetnyilvánítás Az előadás a TÁMOP-4.2.2/B-10/ azonosítószámú projekt támogatásával valósult meg. Köszönet illeti Édes Béla vegyésztechnikust a munkánkhoz nyújtott segítségéért. Irodalomjegyzék [1] Noyori, R. Asymmetric Catalysis in Organic Synthesis Wiley New York [2] jima, I. Catalytic Asymmetric Synthesis, Ed.; VCH: New York [3] Jacobsen, E. N.; Pfaltz, A.; Yamamoto, H. Comprehensive Asymmetric Catalysis Eds. Springer; Berlin [4] Brunner, H.; Zettlmeier, W. Handbook of Enantioselective Catalysis, Eds.; VCH: New York [5] Bell, S.; Wustenberg, B.; Kaiser, S.; Menges, F.; Netscher, T.; Pfaltz, A. Science 2006, 311, [6] Cabrera, S.; Arrayas, R. G.; Alonso, I.; Carretero, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, [7] Cui, X. H.; Ogle, J. W.; Burgess, K. Chem. Commun. 2005, [8] Gade, L. H.; César, V.; Bellemin-Laponnaz, S. Angew. Chem. 2004, 116, [9] Yan, Y.; Chi, Y.; Zhang, X. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, [10] Jia, X.; Li, X.; Lam, W. S.; Kok, S. H. L.; Xu, L.; Lu, G.; Yeung, C.-H.; Chan, A. S. C. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, [11] Vallianatou, K. A.; Kostas, I. D.; Holz, J.; Börner, A. Tetrahedron Letters 2006, [12 ]Balogh, Sz.; Farkas, G.; Madarász, J.; Szöllősy, Á.; Kovács, J.; Darvas, F.; Ürge, L.; Bakos J. Green Chemistry 2012, 14,

134 [13] Wassenaar, J.; Kuil, M.; Lutz, M; Spek, A. L.; Reek, J. N. H. Chem. Eur. J. 2010, 16, [14] Pámies, O.; Diéguez, M.; Net, G.; Ruiz, A.; Claver, C. J. Org. Chem. 2001, 66, [15] Deerenberg, S.; Pámies, O.; Diéguez, M.; Claver, C.; Kamer, P. C. J.; van Leeuwen, P. W. N. M. J. Org. Chem. 2001, 66, [16] Yan, Y.; Chi, Y.; Zhang, X. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, [17] Jia, X.; Li, X.; Lam, W. S.; Kok, S. H. L.; Xu, L.; Lu, G.; Yeung C.-H.; Chan, A. S. C. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, [18] Rubio, M.; Suárez, A.; Alvárez E.; Pizzano, A. Chem. Commun. 2005, [19] Farkas, G.; Balogh, Sz.; Szöllősy, Á.; Ürge, L.; Darvas, F.; Bakos, J. Tetrahedron: Asymmetry 2011, 22, [20] Farkas, G.; Balogh, Sz.; Madarász, J.; Szöllősy, Á.; Ürge, L.; Darvas, F.; Gouygou, M.; Bakos, J. Dalton Transactions 2012, 41, [21] Bakos, J.; Farkas, G.; Édes, B.; Ürge, L.; Darvas, F. P ( ). (Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, [22] Panossian, A.; Fernandez-Pérez, H.; Popa, D.; Vidal-Ferran, A. Tetrahedron: Asymmetry 2010, 21, [23] Deerenberg, S.; Schrekker, H. S.; van Strijdonck, J. P. F.; Kamer, P. C. J.; van Leeuwen, P. W. N. M.; Fraanje, J.; Goubitz, K. J. Org. Chem. 2000, 65, [24] Arena, C. G.; Drommi, D.; Faraone, F. Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, [25] Pàmies, O.; van Strijdonck, G. P. F.; Diéguez, M.; Deerenberg, S.; Net, G.; Ruiz, A.; Claver, C.; Kamer, P. C. J.; van Leeuwen, P. W. N. M. J. Org. Chem. 2001, 66, [26] Trost, B. M.; Fullerton, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, [27] Trost, B. M.; Van Vranken, D. L. Chem. Rev. 1996, 96, [28] Pinell, R. P.;Megerle, C. A.; Manatt, S. L.; Kroon, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, [29] Allen, D. W.; Taylor, B. F. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1982,

135 EGYFAJTA KOORDINÁLÓDÓ CSOPORTOT TARTALMAZÓ ÁTMENTIFÉM-KOMPLEXEK TÁVOLI IR SPEKTRUMAI KÍSÉRLET KORRELÁCIÓS TÁBLÁZAT ÖSSZEÁLLÍTÁSÁRA Varga Gábor 1, Csendes Zita 1, Sipos Pál 2, Pálinkó István 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8, 2 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7 Egyfajta koordinálódó csoportot tartalmazó fémion-komplexeket készítettünk és rögzítettük távoli IR spektrumaikat. A spektrumok analízise során azonosítottuk a koordinálódó csoportra jellemző sávokat. Az összeállított korrelációs táblázatot összetettebb, szilárd hordozókon rögzített fémion-komplexek távoli IR spektrumainak minél teljesebb asszignálására kívánjuk felhasználni. Bevezetés A csoport eddigi munkája során klórpropilezett szilikagélen [1 3], Merrifield-gyantán [4 6] vagy montmorillonitban [7] rögzítettünk, illetve ezeken az anyagokon/anyagokban másodlagos (hidrogénkötés [7] ) vagy elsődleges kötésekkel (kovalens [1 4, 5, 6] vagy ionos [7] ) alakítottunk ki olyan fémion aminosav komplexeket, amelyek hasonlítottak a szuperoxid dizmutáz (SOD) enzim aktív helyére. Ezek az immobilizált komplexek mutattak is aktivitást, esetenként egészen kimagaslót, egy SOD tesztreakcióban [8]. A felületi komplexek szerkezetét különféle spektroszkópiai módszerek (főként közép IR és ESR spektroszkópiák), irodalmi eredmények, valamint kémiai evidenciák segítségével kíséreltük meg leírni. Közvetlen információt a fém donorcsoport kölcsönhatásról azonban ritkán kaptunk. Annak érdekében, hogy ezt a hiányt megszüntessük, ezáltal a felületi komplexek szerkezetéről teljesebb képet nyerjünk, vizsgálatainkat kiterjesztettük a távoli infravörös tartományra, ahol az átmenetifém-ion ligandum kötéseknek megfelelő sávok találhatóak. Ez a tartomány azonban sokkal kevésbé tanulmányozott, mint a közép IR ( cm 1 hullámszám-tartomány), nem állnak rendelkezésre részletes korrelációs táblázatok, így a sávok asszignációja sokszor meglehetősen bizonytalan. Ezért elhatároztuk, hogy készítünk olyan fémion-komplexeket, amelyekben csak egyetlen csoport képes koordinációra, így a távoli infravörös spektrumban a sávhozzárendelés könnyebben elvégezhető, és létrehozható egy olyan korrelációs táblázat, amely várhatóan használható lesz akkor is, ha ligandum elvileg többféle koordinációra képes csoportot is tartalmaz, amilyenek például a SOD enzimet utánzó, szilárd felületen rögzített fémion aminosav komplexeink. Természetesen a táblázat, ha egyáltalán sikerül létrehozni, csak korlátozott terjedelmű lesz, hiszen olyan ligandumokat választottunk, amelyek a biomimetikus komplexeinkben található koordinációra képes csoportokat tartalmaznak. Az eddig elért eredményeinket mutatjuk be a következőkben. Kísérleti rész Kísérleteink során mindig 2-propanol volt az oldószer. A központi ion Cu(II), Co(II), Ni(II), Mn(II) vagy Fe(III) volt, ligandumként izopropil-amint, malonsavat, 135

136 Absorbance imidazolt, fenolt vagy etántiolt használtunk. A komplexeket szobahőmérsékleten 24 órát kevertettük, a kiváló szilárd anyagot szűrtük, mostuk 2-propanollal, majd szárítottuk. A kapott anyagokból készítettük el a mintákat, amelyek távoli infravörös spektrumait ( cm 1 hullámszám-tartomány) Nujol Mull-os technikával rögzítettük. Ehhez egy DTGS detektorral ellátott BIO-RAD Digilab Division FTS-40 spektrofotométert használtunk, amelynek felbontása 4 cm 1 volt. Egy spektrum előállításához 256 interferogramot használtunk. A spektrumok kezelését (alapvonal-korrekció, simítás) és értékelését a Win-IR programcsomag segítségével végeztük el. Eredmények és értékelésük Az előző alfejezetben leírt módon készített komplexek távoli IR spektrumait az 1. ábrán mutatjuk be. 1. ábra A Ni(II)-izopropil-amin (A), Cu(II)-imidazol (B), Co(II)-etántiolát (C), Fe(III)-fenolát (D), Mn(II)-malonát komplexek távoli IR spektrumai E D C B 264 A Wavenumber (cm -1 ) A fémion(m) koordinálódó atom kölcsönhatások a távoli IR spektrumokon közvetlenül megfigyelhetők. A hozzárendeléseket úgy végeztük el, hogy a tiszta ligandum spektrumát összevetettük a megfelelő komplex spektrumával, és kiválasztottuk az újonnan megjelenő sávot/sávokat. Az ilyen sávok megjelenése a komplexképződésnek köszönhető, és mivel csak egyfajta koordinálódásra képes csoport van a ligandumban, így a kölcsönhatás egyértelműen azonosítható. Az izopropil-aminnal alkotott komplexek spektrumában két olyan sáv van, az egyik ~370 cm 1 -nél, a másik pedig ~265 cm 1 -nél, amelyek a fémion N amino kölcsönhatáshoz rendelhetők. Az M imidazol komplexek spektrumában a ~263 cm 1 -nél megjelenő sáv a fémion N imidazol kölcsönhatáshoz tartozik. A tiolát komplexek spektrumában ~355 cm 1 -nél jelenik meg egy rezgés, mely a M S tiolát kötést jelzi. 136

137 A fenolátionnal történő komplexálódáskor a fémion O fenolát kötéshez a ~ cm 1 tartományban megjelenő sáv rendelhető. Az M malonát komplexek spektrumában a ~355 és ~335 cm 1 -nél megfigyelhető két sáv jelzi a fémion O karboxilát kölcsönhatást. A fentieket az 1. táblázatban foglaltuk össze. 1. táblázat Fémion koordinálódó csoport rezgései kötés/cm 1 Mn(II) Fe(III) Co(II) Ni(II) Cu(II) M N amino 372, , , , , 270 M N imidazol M S tiolát M O fenolát M O karboxilát 355, , , , , 337 A távoli IR spektrumokon minden egyes komplex esetében megfigyelhető két rezgés ~400 és ~465 cm -1 -nél, melyek rendre az M OH 2 vegyértékrezgésnek és a vízmolekula kaszáló deformációs rezgésének felelnek meg [9]. Következtetések Megfelelően kiválasztott ligandumokkal olyan fémion-komplexek készíthetők, amelyek távoli IR spektrumaiban a fémion koordinálódó csoportra jellemző sáv/sávok egyszerűen meghatározhatók, és az így megalkotott (fokozatosan bővíthető) korrelációs táblázat jól alkalmazható többféle funkciós csoporttal rendelkező ligandumok esetén a koordinálódó csoportok meghatározására. Irodalomjegyzék [1] A. Aranyi, Z. Csendes, J.T. Kiss, I. Pálinkó, J. Mol. Struct (2009) [2] I. Szilágyi, I. Labádi, K. Hernadi, T. Kiss, I. Pálinkó, Stud. Surf. Sci. Catal. 158 (2005) (2005). [3] Z. Csendes, I. Lajter, V. Bugris, J.T. Kiss, I. Pálinkó, Vibr. Spectr. 53 (2010) [4] B. Korbély, J.T. Kiss, K. Hernadi, I. Pálinkó, J. Mol. Struct (2007) (2007). [5] I. Szilágyi, O. Berkesi, M. Sipiczki, L. Korecz, A. Rockenbauer, I. Pálinkó, Catal. Lett. 127 (2009) [6] Z. Csendes, J.T. Kiss, B. Kutus, P. Sipos, I. Pálinkó, Mater. Sci. Forum (nyomdában). [7] Z. Csendes, V. Bugris, L. Lackó, I. Labádi, J.T. Kiss, I. Pálinkó, Anal. Bioanal. Chem. 397 (2010) [8] C. Beauchamp, I. Fridovich, Anal. Biochem. 44 (1971) [9] S.F. Parker, K. Shankland, J.C. Sprunt, U.A. Jayasooriya, Spectrochim. Act. Part A. 53 (1997)

138 MÓDOSÍTOTT SZILIKAGÉL FELÜLETÉN KOVALENS KÖTÉSSEL RÖGZÍTETT VAS AMINOSAVKEVERÉK KOMPLEXEK KÉSZÍTÉSE, SZERKEZETI JELLEMZÉSE ÉS KATALITIKUS AKTIVITÁSÁNAK VIZSGÁLATA Hancsákné Dudás Csilla 1, Csendes Zita 1, Bajnóczi Éva Gabriella 2, Sophie E. Canton 3, Sipos Pál 2, Pálinkó István 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8 2 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7 3 Max-Lab, Lund University, Sweden, Lund, SE Ole Römers väg 1 Fe-szuperoxid dizmutáz enzimutánzó komplexeket készítettünk úgy, hogy az enzim aktív helyéhez hasonló szerkezetű komplexeket alakítottunk ki módosított szilikagél felületén. Az immobilizálás kovalens kötéssel történt. A kapott anyagokat röntgenabszorpciós, valamint közép és távoli infravörös mérésekkel jellemeztük, aktivitásukat pedig egy biokémiai tesztreakció segítségével mértük meg. Néhány esetben ígéretes redoxi aktivitással rendelkező kompozitot kaptunk. Bevezetés A természet leghatékonyabb katalizátorai az enzimek, szelektivitásuk és aktivitásuk kiemelkedő, azonban csak az élő szervezetben jelenlévő körülmények között, szűk hőmérséklettartományban, atmoszférikus nyomáson, fiziológiás oldatokban, meghatározott sótartalom mellett működőképesek, így laboratóriumi és ipari alkalmazásuk legfeljebb korlátozottan lehetséges. Problémát jelent továbbá az is, hogy az enzimek homogén katalizátorok, ezért a reakcióelegyből való visszanyerésük nagyon nehéz. A katalizátorkutatás egyik fő irányvonala olyan anyagok létrehozása, melyek az enzimekhez hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, de sokkal változatosabb reakciókörülmények között képesek kifejteni hatásukat. Ez kétféleképpen valósítható meg: (i) rögzíthetjük magát az enzimet egy szilárd hordozón az aktivitás és szelektivitás megőrzése mellett, vagy (ii) az enzim szerkezeti vagy funkcionális modelljét immobilizáljuk egy hordozón [1]. Ha szerkezeti modellt hozunk létre, akkor az enzim aktív centrumának minél pontosabb lemásolására törekszünk. Funkcionális modellezés esetén nem az aktív centrum pontos mását hozzuk létre, hanem olyan modellkomplexek kialakítására törekszünk, melyek az eredeti enzimhez hasonlóan működnek. Az immobilizálás történhet (i) adszorpcióval vagy hidrogénhíd-kötéssel, (ii) elektrosztatikus kötéssel (ioncserével) vagy (iii) kovalens kötéssel [2]. Munkánk célja a vastartalmú szuperoxid dizmutáz (SOD) enzim aktív centrumával analóg szerkezetű komplexek immobilizálása volt klórpropilezett szilikagélen, kovalens kötéssel. A kialakult felületi komplexek lehetséges szerkezetét röntgen abszorpciós spektroszkópia és közép/távoli infravörös spektroszkópia felhasználásával határoztuk meg. A rögzített komplexek SOD aktivitását a Beauchamp-Fridovich módszeren alapuló riboflavin-metionin-nbt tesztreakcióval mértük meg [3]. 138

139 A szerkezeti modell kialakításánál figyelembe vettük, hogy a SOD enzimek aktív centrumában többféle aminosav van és a hisztidin mindig része az aktív centrumnak. Kísérleti rész Munkánk során egyfajta és vegyes ligandumú immobilizált Fe(III) aminosav komplexeket állítottunk elő. Ligandumként C- vagy N-védett hisztidint és tirozint használtunk. Az első lépésben a megfelelő aminosavat kötöttük meg a módosított szilikagélen. A reakcióelegyet lúgos közegben, az oldószer (2-propanol) forráspontján kevertettük 24 órán át. A kovalens kötés a védett aminosav N- vagy C-terminálisának és a klórpropilezett szilikagél klóratomjának reakciója során alakult ki, N-védett aminosav esetén észterképzéssel, C-védett aminosav esetén N-alkilezéshez hasonló reakcióval. Ezután a rendszerhez a fémsó (FeCl 3 6H 2 O) 2-propanolos oldatát adtuk, és 24 órán át kevertettük szobahőmérsékleten, így alakítottuk ki a ligandumszegény felületi komplexet (a komplexképzéshez csak felületen kötött ligandumok álltak rendelkezésre). Az utolsó lépésben a megfelelő aminosav hozzáadásával, azaz ligandumban gazdag környezetet biztosítva, lehetőséget adtunk a felületi komplex átrendeződésére (24 h kevertetés). Vegyes ligandumú keverékkomplexeket kétféle módszerrel állítottunk elő. Az "A" módszer esetén az egyik védett aminosavat immobilizáltuk, majd a fémsó 2-propanolos oldatában kialakítottuk a felületi komplexet, végül a másik aminosav feleslegének hozzáadásával előállítottuk a keverékkomplexet. A "B" módszer esetén 1:1 mólarányú megfelelően védett aminosavkeveréket kötöttünk a felületre, majd ligandumszegény és ligandumgazdag (1:1 mólarány) keverékkomplexet hoztunk létre. Röntgen abszorpciós spektroszkópiával határoztuk meg a Fe(III) koordinációs számát és az Fe(III) atom távolságokat. A kapott minták közép és távoli IR spektrumát felvettük, alapvonal-korrekciót hajtottunk végre, és a színképekből kivontuk a hordozó spektrumát, valamint szükség esetén simítottuk a spektrumokat. Közép IR mérések esetén a kiértékelést az cm - 1 hullámszám-tartományban végeztük. A spektrumokat elemeztük, a megfelelő felületen kötött/nem kötött védett aminosavak színképeivel összehasonlítottuk, és így valószínűsítettük az adott koordinációs szférát. A távoli tartomány kiértékelését az cm -1 hullámszám-tartományban végeztük. A vas nitrogén és vas oxigén kötésekre jellemző rezgéseket próbáltuk azonosítani. Az előállított felületen rögzített komplexek szuperoxid-dizmutáz aktivitását a metionin riboflavin NBT (nitro blue tetrazolium) tesztreakcióval vizsgáltuk. 139

140 Eredmények és értékelésük Szerkezetmeghatározás röntgen abszorpciós spektroszkópiával A SG (His-OMe) Fe(III) minta XAS spektrumából számított pszeudoradiális eloszlási függvényén három interatomos távolság különíthető el. Az első a Fe O/N távolságnak tulajdonítható. Ezzel a technikával nem tudunk különbséget tenni az oxigén és nitrogén között, közel ugyanazon módon szórják a Röntgen fotonokat, mivel atomtömegük nagyon közel esik egymáshoz. A távoli IR méréseink és irodalmi adatok [4] alapján azt feltételezzük, hogy oxigén és nitrogén is található a Fe(III) koordinációs szférájában. Az illesztett koordinációs szám 5.38, az átlagos távolság 1.96 Å. A második csúcs a Fe Fe távolsághoz rendelhető. A harmadik sáv 3.65 Å-nél a Fe O Si távolságnak felel meg, jelezve, hogy a Fe(III) ion nemcsak a komplexben, hanem a szilikagél felületén is megtalálható. Mindezek alapján azt feltételezzük, hogy a módosított szilikagélen kötött Fe(III) koordinációs száma 6, a komplexben található Fe(III) koordinációs száma pedig 5, akárcsak a Fe-SOD enzimben [2, 5]. Szerkezetmeghatározás infravörös spektroszkópiával Példaként az egyfajta ligandumot tartalmazó felületre kötött Fe(III) hisztidin metilészter komplexek infravörös spektrumainak elemzését mutatjuk be (1. ábra). C-védett hisztidin esetén valószínűsíthető, hogy az egyik imidazol nitrogén mindig koordinálódik a Fe(III)-ionhoz [6]. Mivel a felületre rögzítés során lúgos közeget alkalmaztunk, a védőcsoport hidrolizált, ezért egy további lehetséges koordinálódó csoport az így kialakult karboxilátcsoport oxigénje. Ligandumgazdag környezetben lehetséges koordinációs hely az aminonitrogén, valamint a metilészter karboniloxigénje. A spektrumokat elemezve megállapítható, hogy a rögzített komplexek szintézise mindkét esetben sikeres volt, hiszen jól strukturált spektrumokat kaptunk a hordozó kivonását követően és a minták színesek voltak. A ligandumszegény környezetben előállított felületi komplex a SG (His- OMe) Fe(III) spektrumát (1. ábra, B spektrum) a felületen rögzített C-védett hisztidin SG (His-OMe) spektrumával (1. ábra, A spektrum) hasonlítottam össze. Látható, hogy az aszimmetrikus és szimmetrikus karboxilátrezgések 1630 és 1399 cm -1 -re tolódtak el az 1582 és 1412 cm -1 -nél megfigyelhető rezgésekhez képest, tehát a karboxilátrezgések közti különbség nőtt a komplexálódás eredményeképpen, ami azt bizonyítja, hogy a COO - csoport koordinálódik a fémionhoz, méghozzá egyfogú ligandumként [7]. A távoli IR spektrumban (nem ábrázoltam) a 256 cm -1 -nél jelentkező csúcs egyértelműen bizonyítja az imidazolnitrogén koordinációját. Mindezek alapján a SG (His-OMe) Fe(III) legvalószínűbb koordinációs szférája: N imidazolhissurf O karboxiláthissurf N imidazolhissurf O karboxiláthissurf H 2 O. A ligandumgazdag környezetben szintetizált SG (His-OMe) Fe(III) (H-His-OMe) komplex spektrumát (1. ábra, C spektrum) a H-His-OMe spektrumával (1. ábra, D spektrum) vetettem össze. Megfigyelhető, hogy a karbonilrezgés 1761 cm -1 -ről, 1751 cm -1 - re tolódott el, ami a feleslegben adott C-védett hisztidin karboniloxigénjének koordinációját mutatja. A rögzített komplex távoli IR spektrumán 265 cm -1 -nél megjelenő csúcs az imidazol nitrogén koordinációját bizonyítja. Ezek és a ligandumszegény komplexnél bemutatott adatok alapján a SG (His-OMe) Fe(III) (H-His-OMe) valószínűsíthető koordinációs szférája: 140

141 Kubelka Munk N imidazolhissurf O karboxiláthissurf N imidazolhis O karbonilhis H 2 O. 1.ábra A SG (His-OMe) (A), SG (His-OMe) Fe(III) (B), SG (His-OMe) Fe(III) (H- His-OMe) (C), H-His-OMe (D) közép IR spektrumai. D C B A Wavenumber (cm -1 ) Szuperoxid dizmutáz aktivitási mérések eredményei Minden komplex mutatott SOD aktivitást, de a legaktívabbak (1.táblázat) is 1-2 nagyságrenddel elmaradtak a Cu,Zn-SOD enzim aktivitásától (a Fe-SOD enzimre nem találtunk aktivitásadatot). Általában a ligandumszegény komplexek aktívabbnak bizonyultak ligandumgazdag társaiknál. A C-védett aminosavakat tartalmazó komplexek nagyobb aktivitással rendelkeznek, mint N-védett analógjaik. 1. táblázat A három legaktívabb immobilizált Fe(III)-aminosav komplex SOD aktivitása. Komplexek IC 50 (µm) Cu/Zn SOD enzim 0.4 SG (Tyr-OMe) Fe(III) 5 SG (Tyr-OMe) Fe(III) (H-His-OMe) 30 SG (His-OMe,Tyr-OMe) Fe(III)

142 Összefoglalás A Fe(III) aminosav komplexek előállítása minden esetben sikeres volt. Röntgen abszorpciós spektroszkópia, közép és távoli infravörös spektroszkópia, valamint irodalmi adatok segítségével azonosítottam a koordináló csoportokat. Minden komplex mutatott szuperoxid dizmutáz aktivitást. Némelyik egészen kiemelkedőt, reményt nyújtva arra, hogy alkalmazható lesz egyéb, például finomkemikáliákat előállítását célzó elektrontranszfer reakciókban az enzimreakcióknál szigorúbb körülmények (szerves oldószer, magasabb hőmérséklet, atmoszféránál nagyobb nyomás) között is. Irodalomjegyzék [1] A.J. Kirby, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35 (1996) 706. [2] I. Pálinkó, in Inorganic Biochemistry: Research Progress, Nova Science Publishers Inc., 2008, pp [3] C. Beauchamp, I. Fridovich, Anal. Biochem. 44 (1971) 276. [4] J.G. Mesu, T. Visser, A.M. Beale, F. Soulimani, B.M. Weckhuysen, Chem. Eur. J. 12 (2006) [5] T.A. Jackson, T.C. Brunold, Acc. Chem. Res. 37 (2004) 461. [6] X. Bi, K.-L. Yang, Langmuir 23 (2007) [7] B.K. Singh, R.K. Sharma, B.S. Garg, Spectrochim. Acta Part A 63 (2006)

143 KIRÁLIS ALKOHOLOK RACEMIZÁCIÓJÁNAK VIZSGÁLATA Ir- KOMPLEX KATALIZÁTOROKKAL Erdei Anikó 1, Joó Ferenc 1,2 1 Debreceni Egyetem Fizikai Kémiai Tanszék 2 MTA-DE Homogén Katalízis és Reakciómechanizmusok Kutatócsoport 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Tudományos munkánk során a királis alkoholok, ezen belül is konkrétan az (S)-1- feniletanol racemizációját vizsgáltuk irídium komplex katalizátorokkal. Enantiomertiszta királis alkoholok különösen fontosak a gyógyszerészeti és agrokémiai iparban. A tématerület előtérbe kerülésének egyik fő oka az 1961-ben kirobbant Contergan-botrány volt. A terhes kismamáknak adott gyógyszer hatóanyaga, az alfa-ftálimido-glutárimid racém formában volt jelen. Az egyik enantiomer jótékony hatással volt a kismamára, míg a másik degeneratív elváltozásokat okozott a magzatban. Ezek után törvénybe iktatták, hogy minden gyógyszer-alapanyagnak enantiomertiszta formában kell jelen lennie. Az általunk vizsgált racemizáció a dinamikus kinetikus rezolválás részlépése, amely során tiszta enantiomert kapunk a racém kiindulási anyagból. A következő konkrét folyamatban az R-szubsztrát gyors katalitikus folyamatban alakul R-termékké, amennyiben a katalizátor királis információt tartalmaz. Az S-szubsztrátból S-termék csak nagyon lassan (vagy egyáltalán nem) képződik. A visszamaradó S-szubsztrátot átalakíthatjuk racém eleggyé, amelynek következtében újra R-szubsztrátból R-termék keletkezhet, és a visszamaradó S-szubsztrát ismét racemizálható. Ezeket a folyamatokat elméletileg közel 100%-ban el lehet vinni az R-termék képződésének irányába. A legtöbb szintetikus gyógyszer hatóanyaga valamilyen racém formában található meg, ezért fontos az átalakításuk. 1.ábra: A dinamikus kinetikus rezolválás Célul tűztük ki királis alkoholok racemizációjában aktív irídium komplex katalizátorok előállítását és alkalmazását, illetve a vizsgált racemizáció optimális reakciókörülményeinek megállapítását. 143

144 Munkánk során a Fizikai Kémiai Tanszéken már alkalmazott módon állítottuk elő a felhasznált katalizátorokat. A méréseink során figyeltük a hőmérséklet, ill. a katalizátor- és a báziskoncentráció hatását a reakcióra. Kezdetben vizsgáltuk az [IrCl(bmim)(cod)] + 2 PPh 3 (bmimh = 1-butil-3-metilimidazolim, cod = 1,5-ciklooktadién) katalizátort tartalmazó rendszerben a reakció lefutását az idő függvényében. Az [IrCl(bmim)(cod)] komplexhez in situ adtuk a trifenilfoszfint és így állítottuk elő a reakcióelegyben a katalitikusan aktívnak bizonyult katalizátort. Az adatokból kitűnik, hogy rövid idő alatt az optikailag tiszta enantiomer csaknem 100%-ban racemizálódott (minél kisebb az ee% értéke, annál nagyobb a racemizáció foka hiszen ee% = 100-ból indulunk ki). 2.ábra: 100-ee% értékek ábrázolása az idő függvényében ([(S)-1-feniletanol] = 0,252 M; katalizátor: [IrCl(bmim)(cod)]+2PPh 3 ; [Ir] = 0,010 M; bázis: HCOONa; [HCOONa] = 0,050 M; oldószer: 2 ml toluol; T = 95 C) Majd ezen katalizátorral vizsgáltuk a hőmérséklet hatását az (S)-1-feniletanol racemzációjának lejátszódására. Tanulmányoztuk különböző bázisok alkalmazásának hatását, illetve a legjobb eredményeket adó HCOONa koncentrációjának hatását a racemizációra. Az [Ir(H 2 O)(bmim)(cod)](BF4) + 2 PPh 3 komplexszel is vizsgáltuk a racemizáció lejátszódását az idő függvényében, valamint a különböző katalizátorok hatását trifenilfoszfinnal, illetve annak távollétében is. Az (S)-1-feniletanol szubsztrátumon túlmenően megvizsgáltuk az (R)-2-oktanol és az (S)-(-)-α-metil-2-naftilmetanol racemizációját is. Vizsgálatokat végeztünk a katalizátor koncentrációját változtatva, tanulmányoztuk, hogy milyen hatást gyakorol a katalizátor mennyiségének változtatása a reakcióra. A kutatás az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV ) valamint az OTKA (K ) támogatásával valósult meg 144

145 ALKINEK KATALITIKUS HIDROGÉNEZÉSE ÚJ, VÍZOLDHATÓ FOSZFINT TARTALMAZÓ Ir(I)-KARBÉN KOMPLEXEKKEL Horváth Henrietta 1, Szikszai Dorina 2, Udvardy Antal 2, Joó Ferenc 1,2, Kathó Ágnes 2 1 MTA-DE Homogén Katalízis és Reakciómechanizmusok Kutatócsoport; 2 Debreceni Egyetem, Fizikai Kémiai Tanszék Az N-heterociklusos karbének egyre kedveltebb ligandumok a fémorganikus kémiában és a katalízisben [1]. Több 1-butil-3-metilimidazol-2-ilidént (bmim) és vízoldható foszfint (L = mtppms: m-monoszulfonált trifenilfoszfin, mtppds: m-diszulfonált trifenilfoszfin, mtppts: m-triszulfonált trifenilfoszfin vagy pta: 1,3,5-triaza-7- foszfaadamantán) tartalmazó irídium(i) komplexet állítottunk elő. Az [Ir(bmim)(cod)(L)] + (cod = 1,5-ciklooktadién) komplexek kialakulását spektrofotometriás és NMR-mérésekkel vizsgáltuk. Az [IrCl(bmim)(cod)] [Ir(bmim)(cod)(H 2 O)]CF 3 SO 3 és a [Ir(bmim)(cod)(mtppms)] komplexek molekulaszerkezetét is meghatároztuk egykristály röntgendiffrakciós módszerrel. A komplexek vízoldhatóak, és katalizálják a telítetlen karbonsavak hidrogénezését vizes közegben. Katalizálják a fenil- és difenilacetilén redukcióját is mind szerves oldószerben, mind vizes-szerves kétfázisú rendszerben. Kimutattuk, hogy a difenilacetilén csak 1 H 2 -t vesz fel, és a trans-stilbén kb. negyede a másik izomernek. Rámutattunk arra is, hogy az allilalkoholok a megfelelő ketonokká alakulnak a komplexek jelenlétében. [1] S. Diez-Gonzalez, N. Marion, S.P. Nolan, Chem. Rev. 2009, 109, 3612 A kutatás az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV ) valamint az OTKA (K ) támogatásával valósult meg. 145

146 HIDROGÉNEZÉSEK VÍZBEN OLDOTT ÉS HETEROGENIZÁLT Pd(QS) 2 KATALIZÁTORRAL Torma Krisztián 1, Dr. Kathó Ágnes 1 1 Debreceni Egyetem, Természettudományi és Technológiai Kar, Kémia Épület, Fizikai Kémiai Tanszék A katalizátorok alkalmazásának célja, hogy az energiagát csökkentésével, új reakcióút létrehozásával egyszerűbben, gyorsabban, kevesebb energia befektetéssel lehessen olyan reakciókat kivitelezni, melyek extrém körülmények között, vagy akár még így sem játszódnak le. Napjainkban egyre hangsúlyosabban törekednek arra, hogy kevésbé környezetterhelő adalékokat, oldószereket ( zöldebb kémia) alkalmazzanak, így pl. vízoldható katalizátorokat kezdtek alkalmazni. Ezek előnye abban rejlik, hogy a használt oldószer - a víz - olcsó, nem gyúlékony vagy mérgező. A mi célunk az volt, hogy olyan katalizátort használjunk hidrogénezési, hidrodehalogénezési reakciókra, mely vízoldható és alacsony hőmérsékleten is kiemelkedő aktivitást mutat. A választásunk a Fizikai Kémia Tanszéken már ismert palládiumalizarinszulfonsavas nátriumra [Pd(QS) 2 ] esett (1. ábra). Ezt a komplexet főleg nitrocsoport telítésére és lipidek hidrogénezésére használták korábban. 1. ábra A Pd(QS) 2 szerkezete A komplexről ismert volt, hogy katalizálja az itakonsav hidrogénezését vizes oldatban [1,2]. Ezért méréseket végeztünk egy másik telítetlen dikarbonsavval, a maleinsavval. Légköri nyomáson, 3000:1= szubsztrátum:katalizátor arány mellett, 40 C-on az óránkénti katalitikus ciklusszám (TOF) 473 h

147 2. ábra Maleinsav vizes közegű hidrogénezése A komplex vizes oldatát alkalmaztuk a difenil-acetilén vizes-szerves kétfázisú hidrogénezésében is: atmoszférikus nyomáson, 40 C hőmérsékleten, 1000:1= szubsztrátum:katalizátor arány alkalmazásával 675 h -1 az óránkénti katalitikus ciklusszám. 3. ábra Difenil-acetilén kétfázisú hidrogénezése Az alkalmazott körülmények között a reakcióban nem képződik difenil-etán, a cisz-, illetve transz stilbének aránya= 9:1. A reakciót ioncserélőre rögzített [Pd(QS) 2 ] katalizátorokkal is vizsgáltuk. A gyanta minőségétől függően eltérő aktivitás mutatkozott: Varion, Lewatit Monoplus, Molselect DEAE-25, Duolite A7 és Diaion WA21J néven forgalmazott ioncserélő gyantákon rögzített katalizátorok közül a legutóbb felsorolt volt a leghatékonyabb. Bár a heterogenizált komplex kisebb aktivitást mutatott, mint amilyet a kétfázisú rendszerben tapasztaltunk, azonban alkalmasnak bizonyult, hogy segítségével mikrofluidikai reaktorban is vizsgáljuk a difenil-acetilén szelektív hidrogénezését. 147

148 Rámutattunk arra, hogy a [Pd(QS) 2 ] katalizálja a környezetszennyező, toxikus halogénezett vegyületek hidrodehalogénezését: 40 C-on, 1000:1= szubsztrátum:katalizátor arány mellett 138 h -1 a katalizátor mért aktivitása. 4. ábra Brómbenzol kétfázisú hidrodehalogénezése A reakció áramlásos reaktorban történő (katalizátor: Diaion WA21J hordozón rögzített [Pd(QS) 2 ]) részletesebb vizsgálata folyamatban van. A kutatás az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV és TÁMOP-4.2.2/B-10/ ), valamint az OTKA (K ) támogatásával valósult meg. [1] B. Szalontai, F. Joó, É. Papp: J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1995, 22, [2] É. Papp, I. Bányai, F. Joó: Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 2000, 69 (1),

149 N-ALKIL-1,3,5-TRIAZA-7-FOSZFAADAMANTÁN RU(II)- KOMPLEXEI ÉS ALKALMAZÁSUK HOMOGÉN ÉS HETEROGÉN KATALIZÁTORKÉNT Nagy Evelin 1, Udvardy Antal 1, Kathó Ágnes 1 1 Fizikai Kémiai Tanszék, Debreceni Egyetem, 4032, Debrecen Egyetem tér 1. Az ideális katalizátor enyhe körülmények között aktív, szelektív, könnyen elválasztható a termékektől és újrahasznosítható további katalitikus folyamatokban. Míg az első két tulajdonság általában a homogén katalizátorokra jellemzőbb, addig a könnyű elválaszthatóság és az ismételt felhasználás többnyire a heterogén katalizátorokhoz köthető. Világszerte sokan foglalkoznak a homogén katalizátorok heterogenizálásával, azaz a kétféle katalizátor előnyeinek egyesítésével a hátrányok elhagyása mellett. A vízoldható 1,3,5-triaza-7-foszfaadamantán (pta) egyik N-atomján könnyen alkilezhető [1]. N-benzilezett változatával (Bn-pta) félszendvics Ru-komplexet állítottunk elő, és a [Ru(C 10 H 14 )Cl(Bn-pta)] + kationról bizonyítottuk, hogy katalizálja az allilalkohok redox izomerizációját vizes-szerves kétfázisú rendszerben. A komplex heterogenizált változatát hasonló módon állítottuk elő, de a Rukomplex kialakításához a Cl-metil csoportot tartalmazó polisztirollal (Merrifield gyanta) alkilezett foszfánt használtuk. 1. Ábra: A homogén és a Merrifield gyantán rögzített katalizátor szerkezete. 149

150 okt-3-on (%) 1. ciklus 2. ciklus 3. ciklus 4. ciklus 5. ciklus kétfázisú* rendszer gyantán*** rögzített komplex A táblázat a homogén és a heterogenizált katalizátor aktivitását mutatja az 1-oktén- 3-ol oktan-3-onná való izomerizálásában öt egymást követő ciklusban. *t=1h, ***t = 3h; [szubsztrátum]/[na 2 CO 3 ]/[Ru]=100:2:1; n Ru = mol; V H2O =4,6 ml; A [Ru(C 10 H 14 )Cl(Bn-pta)]Cl mellett a trans-[rucl 2 (pta) 4 ] és [RuCl 2 (dmso) 2 L 2 ] (L=pta, Bn-pta, Me-pta ) komplexek [2] katalitikus aktivitását is megvizsgáltuk, de ezek a vegyületek a félszendvics komplexhez viszonyítva kisebb hatékonysággal katalizálták az oktenol ketonná való átalakulását. [1] J. Bravo, S.Bolano, L. Gonsalvi, M. Peruzzini: Coord. Chem. Rev., 2010, 254, 555 [2] A. Udvardy, A. CS. Bényei, Á, Kathó: J. Organomet Chem., 2012, 717, 116 A kutatás az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV ) valamint az OTKA (K ) támogatásával valósult meg. 150

151 FOSZFIN- ÉS RÉZMENTES SONOGASHIRA KAPCSOLÁS VÍZOLDHATÓ Pd-SZALÁN KOMPLEXEKKEL Voronova Kristina 1, Homolya Levente 1, Joó Ferenc 1,2 1 Debreceni Egyetem, Fizikai Kémia Tanszék 2 MTA-DE Homogén Katalízis és Reakciómechanizmusok Kutatócsoport Napjaink tisztább és zöldebb kémiája előnyben részesíti a vizes közeg alkalmazását, így a környezeti terhelés csökkenthető. Ezáltal nemcsak biztonságosabb és olcsóbb a reakciók kivitelezése (a víz nem toxikus és nem is gyúlékony oldószer), de a termékek is egyszerűen izolálhatóak extrakciós eljárással a reakcióelegyből. Ráadásul a katalizátort is könnyen felhasználhatjuk további reakciókban. [1] A keresztkapcsolási reakciók közül a Sonogashira kapcsolás az egyik legszélesebb körben alkalmazott átalakítás, hiszen a gyakorlati kivitelezése egyszerű és hatékony. Ezekhez a reakcióhoz főleg Pd-foszfin komplexeket használnak katalizátorként és réz-jodid hozzáadása mellett végzik el a kísérleteket. Munkánk során 3 vízoldható Pd-szalán típusú katalizátort állítottunk elő (1. ábra), melyek közül két ligandumot és azok Pd-vegyületeit mi preparáltuk először. A szalán ligandum az etilén-diamin szalicilaldehiddel képzett kettős Schiff-bázisának (szalén) redukált változata. Ezen ligandumok előnye, hogy vizes oldatban nem hidrolizálnak, ellentétben a szalén típusú változatokkal [2]. 1. ábra: Pd-szalán komplexek A Pd-szalán komplexek aktivitásának vizsgálatára fenilacetilén és jód-benzol kapcsolását választottuk, mely során difenilacetilén keletkezik. Méréseinket foszfin- és rézmentes körülmények között végeztük, oldószerként pedig vizet használtunk. Kísérleteink során bázis nélkül, valamint különböző bázisok alkalmazásával is vizsgáltuk a Sonogashira kapcsolást. Legjobb eredményeinket trietil-amin hozzáadásával értük el (96-98 % konverzió, 6 óra reakcióidő alatt, 100:1= szubsztrátum:katalizátor aránynál, Ar-atmoszférában). 151

152 Eredményeink alapján elmondható, hogy az általunk előállított Pd-szalán komplexek katalitikusan aktívak foszfin- és rézmentes körülmények között végrehajtott Sonogashira kapcsolásban. [1] Sonogashira, K.; Tohda, Y.; Hagihara, N. Tetrahedron Lett. 1975, 16, [2] I. Correia, J. Costa Pessoa, L. F. Veiros, T. Jackusch, A. Dornyei, T. Kiss, M. M. C. A. Castro, C. F. G. C. Geraldes, F. Avecilla, Chem. Eur. J. 2004, 10, Köszönetnyílvánítás: A kutatás az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV ) valamint az OTKA (K ) támogatásával valósult meg. 152

153 ANYAGTUDOMÁNY I. 153

154 154

155 FAHÉJSAVANALÓGOK [2+2] TOPOTAKTIKUS CIKLIZÁCIÓJA CaFe RÉTEGES KETTŐS HIDROXID RÉTEGEI KÖZÖTT Muráth Szabolcs 1, Srankó Dávid Ferenc 2, Sipiczki Mónika 2, Sipos Pál 2, Pálinkó István 1 1 SZTE Szerves Kémiai Tanszék, 6720, Szeged, Dóm tér 8. 2 SZTE Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720, Szeged, Dóm tér 7. Ca(II)Fe(III) réteges kettős hidroxid (LDH) rétegei közé építettünk be kettős kötést tartalmazó akrilátion-származékokat (E-3-fenil-propenoát, E-3(4 -nitrofenil)-propenoát, E- 3(2,5 -difluor-fenil)propenoát, E-3(2 -tienil)-propenoát, E-3(4 -imidazoil)-propenoát vagy E-2,3-dimetil-propenoát). A kapott interkalált szerkezeteket jellemeztük, majd kipróbáltuk, hogy az interkalált anionok részt vesznek-e fotoiniciált ciklodimerizációs reakcióban. Azt találtuk, hogy az interkalált E-3(4 -imidazoil)-propenoát vagy E-2,3-dimetil-propenoát ionok kivételével a ciklodimerizáció lejátszódótt, amelynek eredményeként meghattározott térszerkezetű ciklobután-származékok keletkeztek az LDH rétegei közé rögzítve. Bevezetés A réteges kettős hidroxidok lamelláris szerkezete alapesetben a magnéziumhidroxidéból vezethető le úgy, hogy a kétszeresen pozitív magnéziumionok egy részét háromszorosan pozitív kationokra cseréljük. A rétegen megjelenő pozitív töltést a rétegközi térben található, úgynevezett interkalált anionok semlegesítik [1]. Ha a réteg közé kettőskötést tartalmazó karboxilátionokat interkalálunk, akkor fénybevilágítás után közöttük jó eséllyel játszódhat le [2+2] topotaktikus fotodimerizáció. A topotaktikus reakciók jellemzően kristályos fázisban mennek végbe, ha a molekulák/ionok potenciálisan reagáló funkciós csoportjaik elegendően közel vannak egymáshoz [2,3]. A reakciók egyik indítási módszere lehet a fotoiniciálás. Megfelelő funkciós csoportok jelenléte esetén, ilyen az olefines kettőskötés, egy periciklusos reakció játszódik le, a [2+2] fotodimerizáció. Például az E-3-fenil-prop-1-énsav fotodimerizációjakor szilárdfázisban kétféle izomer keletkezik [4] (1. ábra), míg oldatban ennél jóval nagyobb számú izomer keletkezésére van lehetőség. 1. ábra Az E-3-fenil-prop-1-énsav fotodimerizációja során keletkező molekulák fej-fej (HH) dimer fáj-láb (HT) dimer 155

156 Az LDH rétegközi tere lehetővé teheti a távolságkritérium teljesítését, azaz szerencsés esetben végbemehet a fotoiniciált ciklodimerizáció a rétegközi térben, sőt meglehet, hogy a reakció szelektivitása tovább nő, azaz csupán egyetlen termék keletkezik. Kísérleti munkánk során nagyszámú akrilátion-származék beépítését kíséreltük meg a CaFe-LDH rétegközi terébe. A kapott hibridanyagok jellemzése után megpróbáltuk az interkalált rendszereket nanoreaktorként használni, azaz fénybesugárzással kikényszeríteni az interkalált anionok közötti ciklodimerizációt. E munka során nyert tapasztalataink olvashatóak a továbbiakban. Kísérleti rész A kalciumot és vasat 3:1 arányban tartalmazó Ca 3 Fe-LDH-t az együttes lecsapás módszerével állítottuk elő. A folyamat során a fémionokat közösen tartalmazó CaCl 2 -FeCl 3 törzsoldatot ([Ca 2+ ]= 0,3 M, [Fe 3+ ]= 0,1 M) 3 M NaOH-oldat segítségével lúgosítjuk át, ph= 13 értékig, leválasztva a kettős hidroxidokat, amelyek 3 napos kevertetés alatt a felveszik a kívánt réteges szerkezetet. A termék egy fehér vagy világossárga színű anyag, melyet szűrtünk, majd exszikkátorban szárítottunk. A szerves-szervetlen kompozitokat az úgynevezett rehidratációs-dehidratációs eljárás segítségével állítottuk elő. A porított, majd 120 C-on tovább 6 órán át szárított LDH részleteit a kívánt karbonsav lúgos-vizes etanolos oldatához adtuk (víz:alkohol:3 M NaOH térfogataránya 5:1:1). Az oldatban képződő akrilátionok (E-3-fenil-propenoát 1, E- 3(4 -nitrofenil)-propenoát 2, E-3(2,5 -difluor-fenil)propenoát 3, E-3(2 -tienil)-propenoát 4, E-3(4 -imidazoil)-propenoát 5 vagy E-2,3-dimetil-propenoát 6) koncentrációja jóval nagyobb volt a maximálisan elfoglalható ioncserehelyek számánál. A kapott szerkezeteket porröntgen diffraktometriás (XRD), pásztázó elektronmikroszkópos (SEM), energiadiszperzív röntgenspektrometriás (EDX) és infravörös spektroszkópiás (FT-IR) módszerrel vizsgáltuk. A szerves anionok orientációját molekulamodellező programcsomag (HyperChem 8.0) segítségével próbáltuk szemléltetni. A fotoreakciókat mind az interkalált szerkezetekkel, mint a savak nátriumsóival végrehajtottuk. 2 mg szilárd mintát 200 mg KBr-dal hígítottunk, majd pasztillázás után xenongázas UV-fényforrást alkalmaztunk fényforrásként. A minta és a fényforrás távolsága 25 cm volt. A fényforrás "hidegfényű" volt, azaz a mintát nem melegítette. Eredmények és értékelésük Az E-3-fenil-propenoát, E-3(4 -nitrofenil)-propenoát, E-3(2,5 -difluorfenil)propenoát, E-3(2 -tienil)-propenoát ionok interkalációjának sikerét már a röntgen diffraktogram is bizonyítja a rétegtávolság ugrásszerű növekedésével, amelyet a (003) reflexiók helye alapján számoltunk ki a Bragg-egyenlet alapján (1. táblázat). Az E-3(4 -imidazoil)-propenoát és az E-2,3-dimetil-propenoát ionok esetén a (003) reflexió helye lényegében ugyanaz maradt, mint amit a szerves anyagot nem tartalmazó LDH esetén találtunk. Az XRD-mérések ellenére azt gondoljuk, hogy az interkaláció ezekben az esetekben is sikeres volt, ugyanis a szilárd szerves sók egészen más morfológiájúak voltak (3/A ábra), mint az EDX-mérések szerint (4. ábra) szerves anyagot is tartalmazó LDH (3/B ábra). 156

157 1. táblázat Az interkalált CaFe-LDH minták (003) reflexióiból számolt távolságok, a rétegközi tér magassága (rétegvastagság: 0,59 nm) és az anionok dimenziói, a PM3 szemiempirikus kavntumkémiai módszerrel számolva. anion d(003)/nm az anionok méretei/nm rétegközi tér magassága/nm 1 2,07 0,47 0,02 0,85 1,48 2 2,48 0,46 0,04 0,96 1,89 3 2,02 0,47 0,20 0,86 1,43 4 1,57 0, ,98 5 0,78 0,35 0,15 0,77 0,19 6 0,77 0,46 0,18 0,49 0,18 2. ábra Na-E-2,3-dimetil-propenoát (A) és a só anionjaival interkalált CaFe-LDH (B) SEM-felvételei. A B 3. ábra Az E-2,3-dimetil-proenoát (A) és az E-3(4 -imidazoil)-propenoát (B) ionok oldatával kezelt LDH minták elemtérképei A B A sikeres interkaláció IR spektroszkópiás módszerrel is demonstrálható. Ha a hibrid szerkezet spektrumából kivonjuk a hordozó LDH spektrumát, akkor az interlamelláris térben levő ionokról gyűjthetünk információkat. Egy ilyen példát mutatunk be az 5. ábrán. A só karboxilátionjának két sávjában (1456 cm 1 és 1558 cm 1 ) megfigyelhető eltolódásai a szerves-szervetlen hibridben a karboxilátfunkció rétegekkel való kölcsönhatását jelzik. 157

158 4. ábra A nátriumsóban jelenlevő (a) és az interkalált (b) E-3(4 -imidazoil)-propenoát IR spektrumai A hibridek tanulmányozása után a szerkezetek és a nátriumsók infravörös spektrumát felvettük 60 percnyi bevilágítás után is. A reakció sikeres végbemenetelét az olefines kettős kötésekhez rendelhető sávok eltűnése egyértelműen jelzi. Az E-imidazol-4- akrilátionok és az E-2,3-dimetil-propenoát esetén a beépített anionok esetén reakció jeleit nem tudtuk észlelni. Mivel a számított rétegtávolságok alapján közelítést tudtunk adni a rétegek közötti anionok orientációjára (6. ábra), ezért a reakció hiánya nem okoz meglepetést, mivel a kettős kötések közötti távolság nagyobb a dimerizáció lejátszódásához szükséges limitnél [2]. 5. ábra Az E-2,3-dimetil-propenoát ionok valószínű rétegközi elhelyezkedése Fotiniciált ciklodimerizációt tudtunk megfigyelni az 1 4 ionok esetén mind kristályos só formában, mind az LDH rétegközi terében. A kristályos és az interkalált E-3- fenil-propenát ion IR spektrumait, melyeket a fotodimerizáció kezdetén és 60 perc eltelte után rögzítettünk, a 7. ábrán mutatjuk be. A besugárzás után az olefinkötés vegyértékrezgéséhez ( C=C ) asszignálható sáv (~1640 cm 1 ) eltűnt, tehát a szóban forgó reakció végbement, a dimerizáció szinte teljes mértékben lejátszódott mind a só, mind az interkalált LDH esetében. Amíg a kristályos sókból mind fej-fej és fej-láb ciklodimerek is képződhettek, addig az interkalált anionok ciklodimerizációja döntően fej-fej dimerek képződéséhez vezetett, amint ezt a röntgen adatok és a molekulamodellezés eredményeinek együttes felhasználásával igazolhatjuk. 158

159 6. ábra A Na-E-3-fenil-propenoát (A) és az LDH-ban interkalált E-3-fenil-propenoát ionok (B) IR spektrumai 0 és 60 percnyi fotoiniciált reakció után A b s z o r b a n c i a A A b s z o r b a n c i a B Hullámszám (1/cm) Hullámszám (1/cm) Összefoglalás Sikeresen állítottuk elő különféle akrilátszármazékokkal interkalált réteges kettős hidroxidokat. A kapott szerves-szervetlen kompozitokat sokféle módszerrel jellemeztük. Négy interkalált szerkezet használható volt nanoreaktorként: fénybesugárzás hatására [2+2] topotaktikus ciklodimerizációs reakció lejátszódását figyelhettük meg. Az E-2,3-dimetilpropenoát és az E-3(4 -imidazoil)-propenoát ionok esetén az ionok rétegközi elhelyezkedése nem tette lehetővé a ciklobutánszármazékok keletkezését, azaz a topotaktikus reakció nem ment végbe. Irodalomjegyzék [1] A.F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, 5th ed., Oxford University Press, Oxford, (1984) p [2] G.M.J. Schmidt, Pure Appl. Chem. 27 (1971) 647. [3] Y. Sonoda, Molecules 16 (2011) 119. [4] G.M.J. Schmidt, J. Chem. Soc. (1964)

160 MESTERSÉGES EXTRACELLUKÁRIS MÁTRIXOK ELŐÁLLÍTÁSA REAKTÍV ELEKTROMOS SZÁLHÚZÁSSAL Molnár Kristóf 1, Dr. Jedlovszky-Hajdú Angéla 1, Dr. Czóbel Miklós 2, Dr. Wéber György 2, Dr. Zrínyi Miklós 1 1 Semmelweis Egyetem, Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport, 2 Semmelweis Egyetem, Kísérletes és Sebészeti Műtéttani Intézet 1089, Bp. Nagyvárad tér 4. A modern világ rohamos fejlődése az élet minden területére begyűrűzik, nem kihagyva a gyógyászatot sem. E nagy hagyományokkal és múlttal rendelkező terület elkerülhetetlenül átesik újításokon, mely nem csak új sebészeti eljárásokat, új gyógyszereket jelent, hanem új megközelítéseket is. Ilyen modern szemléletből született gyógyászati megközelítés a szövet mérnökség területe, ahol a mérnökök és kutatók a gyógyítást sejtszinten, a sérült rendszerek újjáépítésével képzelik el [1]. Ennek szükségességét jól mutatja, hogy az emberi és állati szervezetekben számos olyan szerv vagy szöveti rész található, mely regenerációra nem, vagy csak korlátozottan képes. Azonban ez az elképzelés fontos lehet a lassú vagy nem esztétikus gyógyulás esetén, például egy megégett bőrfelületnél. Elindulva a sejtszintű gyógyítás irányába, a kutatók figyelme a szervezet szöveti struktúrájára összpontosul, pontosabban a kötőszövetre, mely egy vékony hártyából, az extracelluláris mátrixból és a kötőszöveti sejtekből épül fel [2]. Az extracelluláris mátrix szerepe, hogy életteret, támaszt nyújtson a sejtek létfenntartásához és szaporodásához. Felépítését tekintve, egy szálas laza szerkezetű, nagy folyadéktartalmú vékony hártya, mely folyamatosan megújul, dinamikusan változik. A felépítésének köszönhetően a tápanyagok, és a szervezet jelzőanyagai szabadon áramolhatnak benne, irányítva a terület biológiai folyamatait. Ebből adódik az elképzelés, miszerint egy mesterséges extracelluláris mátrixot létrehozva és a szervezet megfelelő területére beültetve, jelzőanyagok hozzáadásával lokálisan képesek lehetünk a sérült szövetek helyreállítására. Talán meg sem kell említeni, hogy a mesterségesen előállítani kívánt extracelluláris mátrixnak a lehető legnagyobb mértékben hasonlítania kell a lemásolni kívántra. Alapvető követelmény, hogy a rendszerünk biokompatibilis legyen, azaz a szervezetbe kerülve immunreakciót ne okozzon, illetve biodegradábilis, azaz a szervezetben lebomló legyen, és bomlástermékei se okozzanak immunválaszt. Ezt a legegyszerűbben biopolimerek (biológiai polimerek) használatával érhetjük el. Ezek olyan sok ismétlődő monomer egységből felépülő láncszerű molekulák, melyek kielégítik a biokompatibilitás és biodegradábilitás igényét. Ezek lehetnek például fehérjék, DNS, RNS vagy mesterségesen előállított poli(aminosavak) is, mely molekulák a szervezetünkben is megtalálhatóak. A mesterséges szöveteknek nem csak alapanyagában, hanem felépítésében is meg kell felelnie a biológiai környezet elvárásainak. Ilyen szálas, szövetszerű struktúrát alakíthatunk ki az elektromos szálhúzás technológiájával, mely nagyfeszültség segítségével állít elő polimer szálak rendezetlen halmazát [3]. A legegyszerűbb laboratóriumi felépítésben a polimer oldatát egy infúziós pumpa segítségével áramoltatjuk át egy fecskendő tű fémhegyén, melyre nagyfeszültséget (általában 5-30 kv) kapcsolunk. A fém tűvel szemben nagy felületű földelt céltárgyat helyezünk. A szálképzés eredménye, egy sűrűn szőtt átjárható háló, melyet 100 nm és 1-2 mikrométer átmérő tartományba eső akár 160

161 több méter hosszú szálak építenek fel. Ebből a mérettartományból adódik a szövet nagy fajlagos felülete, mely kellő felületet biztosíthat a sejtek megtapadásához. A szálas rendszer lehetővé teszi a tápanyagok és hírvivő anyagok szabad áramlását. A legtöbb biopolimer vízben oldható, ami felhasználásukat nagymértékben korlátozza. A reaktív elektromos szálképzés technikájával a szálképzés közben alakíthatunk ki keresztkötéseket a szálakat alkotó polimer láncok között, ezzel oldószerben duzzadni képes gél szálakat létrehozva. Munkánk során, figyelembe véve a szövetmérnökség irányelveit, biokompatibilis és biodegradábilis mesterséges extracelluláris mátrixok előállításával és vizsgálatával foglalkoztunk. Céljaink közé tartozott az elektromos szálhúzás egy speciális esetének, a reaktív elektromos szálhúzásnak a megvalósítása és az ezzel a technikával előállított mesterséges mátrixok biokompatibilitásának és sebészeti kezelhetőségének vizsgálata. Az előállított szálas rendszerek jellemzéséhez fény-, atomerő- és pásztázó elektronmikroszkópot használtunk. A legfontosabb vizsgált tulajdonságok közé a szálak megjelenése, geometriai hibák jelenléte, a szálak átlagos vastagsága és az átmérők méret szerinti eloszlása tartozott. A biológiai vizsgálatokat, a minták kísérleti nyulakba ültetésével végeztük. A szálképzés alapanyagaként ciszteaminnal módosított poli(szukcinimid)-et használtunk, amelyben a polimer alaplánc egy mesterséges poli(aminosav), a poli(aszparaginsav) anhidridje. A ciszteaminban található tiol-csoportok a levegő oxigénjének jelenlétében redox reakcióban disszulfid hidakat alakítanak ki, azaz keresztkötéseket hoznak létre a polimer láncok között. Ezt a reakciót használtuk fel a reaktív szálképzés megvalósításához. A szálas rendszerek átlagos átmérőjét és az átmérők méretszerinti eloszlását atomerő-mikroszkóp segítségével határoztuk meg, melynek eredménye a kísérleti állatokba ültetett minták esetén 88 ± 30 nm volt. Egy szálról készült háromdimenziós felvételt és a hozzátartozó eloszlásgörbét az 1. ábra tartalmazza. 1. ábra. (a)térhálós polimer szál atomerő-mikroszkópos felvétele, (b) a térhálós szálak átmérőinek méretszerinti eloszlása. A keresztkötési reakció következményeképpen a polimer oldat viszkozitása folytonosan nő, ami a szálak inhomogenitását vagy a szálak hibáinak megjelenését okozhatja. Fénymikroszkóp segítségével vizsgáltuk a viszkozitás változás okozta hatást a minta megjelenésében. A különböző időközönként vett mintákat megvizsgálva úgy találtuk, hogy alacsony viszkozitás esetén (keresztkötések kialakulásának kezdete) nem szálak, hanem gömbök keletkeznek. Ezt a technikát elektromos porlasztásnak nevezzük. A reakció előrehaladtával a viszkozitás megnő, a gömbök mellett szálak jelennek meg, míg el nem jutunk a tökéletes szálképzésig. 161

162 A szövetszerű minták sebészeti kezelhetőségét kísérleti nyulakba való ültetéssel vizsgáltuk. A beültetésre szánt mintákat a nagy kiterjedésű szövet 3 x 3 cm-es darabokra való hajtogatásával készítettük. A hajtogatott minták szétnyílását középponti öltéssel javítottuk, majd a mintákat az állatok hasfalának belső oldalára egy ponton rögzítettük. A minta a porózus felépítésében ébredő kapilláris erőknek köszönhetően a hasfalhoz azonnal hozzátapadt és onnan a minta gyűrődése és károsodása nélkül már nem volt mozgatható. A hasüregben az intenzív törzs és bélmozgások következtében a minták nagy mechanikai behatásoknak vannak kitéve. Ez jól modellezi azokat a sokszor extrém külső behatásokat, amelyeket egy implantátumnak ki kell állnia. Az állatokat a megfigyelési időszakot követően leöltük, hasüregüket a beültetés területén mind makroszkopikusan, mind mikroszkopikusan megvizsgáltuk. Úgy találtuk, hogy az intenzív mozgásoknak köszönhetően a minták egy csomóba gyűrődtek, alakjukat elvesztették. Összefoglalva elmondható, hogy sikeresen valósítottuk meg a reaktív elektromos szálhúzást, ciszteaminnal módosított poli(szukcinimid)-et használva. A szálhúzással készített mesterséges extracelluláris mátrixokat különböző mikroszkópiai módszerekkel vizsgáltuk. Az állatkísérletekhez használt minták átlagos szálátmérője 88 ± 30 nm volt és a szálak különböző hibákat, például gömböket tartalmaztak. A hasfal belső oldalára ültetett minták a bennük ébredő kapilláris erők miatt erősen a hasfalhoz tapadtak, míg mozgatásra a hajtott rétegek felnyíltak. [1] Y. Tabata, International Congress Series, 1284, 2005, [2] Ádám V., Dux L., Faragó A., Fésüs L., Machovich A., Mandl J., Sümegi B., Orvosi Biokémia, Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2001; [3] Nandana Bhardwaj, Subhas C. Kundu, Biotechnology Advances, 28, 3, 2010,

163 POLI(N-IZOPROPIL-AKRILAMID) ALAPÚ HIBRID POLIMEREK ÉS GÉLEK Osváth Zsófia 1,2, Iván Béla 1,2 1 MTA Természettudományi Kutatóközpont, Szerves Kémiai Intézet Polimer Kémiai Osztály 1025 Budapest, Pusztaszeri út Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természet Tudományi Kar, Kémiai Intézet, Szerves Kémiai Tanszék 1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A Az utóbbi évtizedben jelentősen megnőtt az érdeklődés az úgynevezett adaptív (intelligens) polimerek iránt. Ezek az anyagok bizonyos hatásokra képesek egyértelmű, gyors, reverzibilis és nem lineáris választ adni, melynek során alapvető tulajdonságaik változnak meg. A polimer kémiában már jól ismert jelenséget eddig főként csak szerves anyagok felhasználásával érték el. Ezen anyagok azonban csekély mechanikai szilárdággal és stabilitással rendelkeznek. Munkánk során szerves és szervetlen komponenseket is tartalmazó hibrid polimereket és géleket kísérletünk meg létrehozni [1], úgy, hogy az adaptív tulajdonságok megmaradjanak, és mechanikailag stabilabb anyaghoz jussunk. Első lépésben olyan poli(nizopropil-akrilamid)ot állítottunk elő láncátadásos gyökös polimerizációval, amely trimetoxi-szilil végcsoportot tartalmaz. Ezt a prekurzort szol-gél módszerrel úgy alakítottuk tovább, hogy egy szervetlen maggal rendelkező polimerhez jussunk. Olyan makromolekuláris anyagot is előállítottunk, amelyben a trimetoxi-szilil csoportok a polimer lánc mentén helyezkednek el. Ezen anyagokat szintén szol-gél módszerrel alakítottuk tovább, hogy végül szerves és szervetlen részekből felépülő gélekhez jussunk. Az így elkészített polimereknek NMR spektroszkópiával vizsgáltuk a szerkezetét és képződésük kinetikáját, viszkozitás méréssel következtettünk a molekulatömegek változására, termogravimetriával vizsgáltuk a hőállóságát majd UV spektroszkópiával és dinamikus fényszóródásmeréssel meghatároztuk az alsó kritikus szételegyedési hőmérsékletüket. A polimerekből szol-gél technikával létrehozott géleknek a fent említett vizsgálati módszereken kívül különböző oldatokban meghatároztuk a duzzadását, modulusz méréssel elemeztük a mechanikai tulajdonságait és UV spektroszkópiával a különböző indikátor oldatok felvételét és leadását. Irodalomjegyzék: [1] Z. Cao, B. Du, T. Chen, H. Li, J. Xu, Z. Fan, Langmuir, 2008, 24,

164 POLIIZOBUTILÉN ALAPÚ AMFIFIL POLIELEKTROLIT KOTÉRHÁLÓK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS ph-függő DUZZADÁSI TULAJDONSÁGAIK VIZSGÁLATA ph SZELEPEK KONSTRUÁLÁSÁNAK CÉLJÁBÓL Pásztor Szabolcs 1,2, Kali Gergely Áron 1, Iván Béla 1,2 1 Polimer Kémiai Osztály, Szerves Kémiai Intézet, MTA Természettudományi Kutatóközpont 1025 Budapest, Pusztaszeri út Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémiai Intézet 1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A. A polimerek anyagcsoportjának egyes - talán a legérdekesebb - tagjai a manapság egyre ismertebbé váló intelligens polimerek [1-4] közé tartoznak. Ezek a különleges új polimer szerkezetek tulajdonságaik megváltoztatásával képesek reverzibilisen reagálni a környezeti hatások megváltozására, mint például hőmérséklet, fény, elektromos erőterek, koncentráció stb. változása. Kutatásuk és fejlesztésük ezért élen jár a polimerekkel kapcsolatos vizsgálatok között. Felhasználhatósági körük igen széles: az orvosi alkalmazásoktól a robottechnikán, mikrofluidikán és számítástechnikán át az élelmiszeriparig szinte minden területen kiválthatják, fejleszthetik és javíthatják a meglévő anyagi rendszereket. Az intelligens polimerek egyik ígéretes felhasználási területe az új típusú speciális szabályozórendszerek csoportja. Ezek a szerkezetek anyaguktól és elkészítési módjuktól függően például képesek a rajtuk keresztülhaladó anyagáram mértéket befolyásolni, az áthaladó anyag minőségének vagy valamilyen külső hatásnak a függvényében. Ilyen rendszereket használ többek között a mikrofluidika [5]. Az ilyen szerkezetek felhasználhatóak orvos-biológiai célokra, vagy bármilyen más területen, ahol fontos lehet egy kisméretű önműködő szelep, mely például meghatározott koncentráció hatására csökkenti, vagy éppen megnöveli a keresztülfolyó anyag áthaladási sebességét. Legyen ez a koncentráció akár egy bizonyos ioné vagy a rendszer teljes ph-ja. Megfelelően megválasztott szelep alapanyaggal szinte bármi elkészíthető [6-8]. Munkánk fő célja egy működő, poliizobutilén tartalmú amfifil polimer kotérháló alapú ph szelep építése, a működés demonstrálása és a lehetséges fejlesztési irányok feltérképezése volt. Kutatásaink legelső lépése nagyobb mennyiségű metakrilát-telekelikus poliizobutilén, mint kiindulási anyag előállítása volt további kísérletekhez. Ehhez először terc-butil-dikumil-klorid bifunkciós iniciátort szintetizáltunk, majd ennek segítségével több kísérletben allil-telekelikus poliizobutilént. Ezekből végcsoport módosítással hidroxitelekelikus poliizobutilént, majd metakrilát-telekelikus poliizobutilént állítottunk elő, mely a biokompatibilis polimetakrilsav-l-poliizobutilén (PMAA-l-PIB) gél szintézisének az alapanyaga. Ezen anyagok analízisét 1 H-NMR és GPC mérésekkel végeztük el. Ezt követően a trimetilszilil védőcsoporttal ellátott metakrilsav monomerből és bifunkciós, metakrilát végcsoporttal ellátott poliizobutilénből PMAA-l-PIB amfifil polimer kotérhálók [9] szintézisét (1. ábra) végeztük el. A kotérhálókat a szintézist követően először tisztítottuk, majd a trimetilszilil védőcsoport sósavas eltávolítása után több módon vizsgáltuk azokat. 164

165 1. ábra: A polimetakrilsav-l-poliizobutilén (PMAA-l-PIB) amfifil kotérhálók szintézise. A minták összetételét elemanalízis segítségével határoztuk meg. A kapott kotérhálók az elméleti összetételtől ugyan eltérő mennyiségű PIB komponenst tartalmaztak, de a duzzasztási vizsgálat szempontjából fontos kotérhálók közti összetételarány megmaradt. A kotérhálók DSC mérések alapján fázisszeparált szerkezetűek, és TG analízis szerint 100 Cig hőállóak. A PMAA-l-PIB amfifil polimer kotérhálók a polimetakrilsav láncok révén intelligens anyagoknak tekinthetőek, mert a környezet ph változására méretváltozással reagálnak. Kutatásaink során ezt a tulajdonságukat vizsgáltuk, majd használtuk fel a ph szelepek konstruálására. A gélek duzzadását nem csak a korábbiakban alkalmazott gravimetriás mérésekkel [10-12], hanem hosszméréssel is vizsgáltuk. Ez alapján következtetni lehet a ph szelepekben való alkalmazhatóság szempontjából alapvető, de nagyon nehezen mérhető térfogati változásra. A méréseket mind rövid, mind hosszú időtartamokon keresztül, több ciklusban is elvégeztük, hogy a kotérhálók stabilitásáról és reverzibilis duzzadási képességéről meggyőződhessünk. A vizsgált minták jelentős, összetételtől és duzzasztási időtől függően akár 100%-os hosszméret növekedést mutattak, melyet reverzibilisen több cikluson keresztül mind hosszú (2. ábra), mind rövid ciklusidők mellett is megtartottak. 165

166 2. ábra: Egy PMAA-l-PIB gél minta hosszú ciklusidejű duzzadási vizsgálatának hosszméréssel kapott eredményei II.40-es jelű PMAA-l-PIB minta hosszanti duzzadási ciklusai ph2 és ph10 között 0,8 (l-l 0 )/l 0 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,3 30,0 30,3 30,4 40,0 40,4 40,5 52,0 51,9 52,2 67,567,8 68,0132,0 134,1 134,4138,8139,8 140,0141,0 t / 1000min A kapott eredményeink alapján behatároltuk a munkavégzésre valószínűleg felhasználható PMAA-l-PIB amfifil polimer kotérhálók összetételét és a konstruálandó ph szelepek szerkezetét. Ezt követően az előállított kotérhálókat felhasználva egyszerű anyagokból sikeresen építettünk több ph szelep prototípust (3. ábra), melyek működését több cikusban végzett átfolyási kísérletekkel igazoltuk. Ennek során 0,1 M-os NaOH és HCl oldatokkal teszteltük a szelepeket, melyek közül több is reverzibilisen működőképesnek bizonyult. 3. ábra: ph szelep prototípus és felépítése: 1. fecskendőtű, 2. tefloncső, 3. szeptumok, 4. kiömlő nyílás, 5. üvegcső, 6. kotérháló, 7. tefloncső 166

167 Irodalomjegyzék [1] R. Yoshida, Adv. Mater. 2010, 22, [2] I. Tokarev, S. Minko, Soft Matter 2009, 5, [3] T. F. Otero, J. Mater. Chem. 2009, 19, [4] Yu Samchenko, Z. Ulberg,.O. Korotych, Adv. in Coll. and Int. Sci., 2011, 168, [5] D. Kima, D. J. Beebe, Sensors and Actuators A, , [6] S. P. Adiga, D. W. Brenner, J. Funct. Biomater.,2012, 3, [7] D. T. Eddington, D. J. Beebe, Advanced Drug DeliveryReviews, 2004, 56, [8] K. Takada, K. Ito, A. Yuchi, Sensors and Actuators B, 2009, [9] M. Haraszti, E. Tóth, B. Iván, Chem. Mater. 2006, 18, [10] G. Kali, T. K. Georgiou, B. Iván, C. S. Patrickios, E. Loizou, Y. Thomann, J. C. Tiller, Macromolecules, 2007, 40, [11] G. Kali, T. K. Georgiou, B. Iván, C. S. Patrickios, E. Loizou, Y. Thomann, J. C. Tiller, Langmuir, 2007, 23, [12] G. Kali, T. K. Georgiou, B. Iván, C. S. Patrickios, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2009, 47,

168 POLI(N-IZOPROPILAKRILAMID)-L-POLIASZPARAGINSAV HIDROGÉLEK SZINTÉZISE ÉS TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA Némethy Árpád 1, Solti Katalin 1, Gyarmati Benjámin 1, Szilágyi András 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8. Az elmúlt években az ipar számos területén megnőtt az érdeklődés a különféle építőelemekből felépülő polimer hidrogélek iránt, melyek összetételüknek köszönhetően bizonyos környezeti paraméterek (ph, hőmérséklet, mágneses- és elektromos tér, ionerősség, fény) változására állapotuk jelentős megváltoztatásával egyértelmű választ adnak. Előre programozott módon változtatható a fizikai és kémiai tulajdonságaik, elsősorban a térfogatuk (1. ábra); ekkor az összes ettől függő tulajdonságuk is megváltozhat: jelentős mértékben módosulhatnak az optikai, mechanikai és transzport tulajdonságok [1-3]. A polimer hidrogélek lehetséges felhasználási területe igen széleskörű. A humánbiológiai alkalmazásoktól kezdődően szabályozott hatóanyag-leadás, mesterséges szövetek létrehozása a szennyvíztisztításig igen széles a spektrum. 1. ábra: Hidrogélek térfogatának változása a ph függvényében növekvő ph A transzport tulajdonságok tervezhetőségének köszönhetően a polimer hidrogélek felhasználhatók gyógyászati alkalmazásokban szabályozott hatóanyag-leadó rendszerként implantátum, orális- vagy transzdermális hordozó formájában. Orvosbiológiai alkalmazásuk feltétele, hogy az élő szervezettel összeférhetőek legyenek (biokompatibilitás), valamint megfelelő mechanikai tulajdonságokkal rendelkezzenek (biofunkcionalitás). A polimer gélek segítségével megvalósítható a gyógyszermolekulák célzott és hatékony bejuttatása a szervezetbe, valamint lehetőség nyílik a hatástartam elnyújtására. Elsősorban a fájdalom- és lázcsillapításra alkalmas NSAID (nem-szteroid gyulladás gátló) vegyületek esetében fontos egy elnyújtott hatóanyag-leadó rendszer kialakítása, ugyanis ezen vegyületek egyik mellékhatása, hogy a gyógyszerkészítmény tartós szedése esetén gyomornyálkahártya károsodás léphet fel [4]. Az elnyújtott hatóanyag-leadó profillal rendelkező hordozó a krónikus fájdalommal járó betegségek kezelése esetén folyamatos 168

169 fájdalomcsillapítást biztosít a beteg számára, lehetővé teszi az adagolás csökkentését, ami csökkenti mellékhatások veszélyét. A kutatómunka célja egy, az emberi szervezettel teljes mértékben biokompatibilis, a környezetet és a szervezetet nem terhelő, toxikus bomlástermékeket nem generáló, a környezeti paraméterek változtatására érzékeny kotérhálós szerkezetű hidrogél előállítása volt, mely alkalmazható hatóanyag-leadó mátrixként. Az emberi testben a két legmeghatározóbb fizikai-kémiai paraméter a hőmérséklet és a ph, ezért kerültek a fejlesztések homlokterébe az olyan multireszponzív polimer gélek, melyek tulajdonságaik ugrásszerű és jelentős megváltoztatásával válaszolnak az említett környezeti paraméterek változására. Olyan kotérhálókat állítottunk elő, melyekben a testhőmérséklet közeli fázisátalakulással rendelkező, hőmérsékletérzékeny poli(n-izopropil-akrilamid) (PNIPAAm), illetve a ph-érzékeny poliaszparaginsav (PASP) tulajdonságai ötvöződnek. A kotérhálós szerkezet előnye, hogy az alkotó polimerek nem zavarják egymás egyedi reszponzív tulajdonságait. A kotérhálók szintézisét vizes közegben kívántuk megvalósítani, mert az N-izopropil-akrilamid polimerizációja vizes fázisban jobb minőségű hidrogéleket eredményez, mint nemvizes közegben. A vízben nem oldódó poliszukcinimid (PSI) vízoldhatóságát a főlánc etanol-aminnal történő kémiai módosításával lehetett megoldani [5]. Allil-amin oldalcsoportok beépítésével pedig biztosítottuk, hogy a PSI részt vegyen az N-izopropil-akrilamid gyökös mechanizmusú polimerizációjában, kialakítva ezzel egy multireszponzív PNIPAAm-l-PSI hidrogélt. Az ezt követő lúgos hidrolízis során kaptuk meg a PNIPAAm-l-PASP hidrogélt (2. ábra). PNIPAAm-l-PSI kotérhálót korábban szerves közegben is előállítottunk, ennek tapasztalatai alapján [6] ismert volt, hogy a 20%-ban allil-aminnal módosított PSI-ből kedvező mechanikai tulajdonságú kotérhálók szintetizálhatók. A PSI vízoldhatóságát a bekötött hidrofil etanolamin csoportokkal befolyásoltuk, azonban megállapítottuk, hogy a vízoldhatóságot nem csak az etanolaminnal történő módosítás befolyásolja, hanem a reaktáns jellegétől függetlenül a felnyitott szukcinimid gyűrűk száma is. Oldhatósági próbák alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy 20%-ban allil-aminnal, 20%-ban etanolaminnal módosított PSI már jól oldódik vizes közegben a sikeres gélszintézis megvalósításához. 2. ábra: PNIPAAm-l-PASP hidrogélek szintézise vizes közegben O PSI HN O N l O H 3 C CH 3 n k O NH 1.Allil-amin 2.Etanolamin O O O O N N N N H O H O p O O r NH NH H 3 C CH 3 OH DMSO PNIPAAm-l-PSI kotérháló vizes közegben O O O N N O q N H O O t HN f O H 3 C CH 3 NH v O NH H 3 C CH 3 O O N N O H O p NH O O Allil-aminnal és etanolaminnal módosított PSI ph = 8 N r HO O NH N H O O PNIPAAm-l-PASP kotérháló vizes közegben O N NIPAAm H 2 O 169

170 Duzzadásfok (-) Duzzadásfok (-) A szintézist követően a kotérhálós szerkezetű hidrogélek egyensúlyi duzzadásfokának változását vizsgáltuk különböző környezeti paraméterek mellett. A mérési eredmények igazolták, hogy a hidrogélek valóban érzékenyeken reagálnak a nemcsak a környezeti ph, de a hőmérséklet megváltozására is, azaz multireszponzív tulajdonságot mutatnak. 3. ábra PNIPAAm-l-PSI (3.a) és a PNIPAAm-l-PASP (3.b) hidrogélek egyensúlyi duzzadásfoka különböző ph-jú puffer oldatokban és hőmérsékleten a b O N O p O N H O OH p 25 C O N H O OH p O O N H O p 25 C 37 C ph ph A 3.a ábrán megfigyelhető, hogy ph = 6 körüli tartományban a PNIPAAm-l-PSI hidrogélek jelentős térfogatváltozást szenvednek. A tapasztalt egyensúlyi duzzadásfok a duzzadt hidrogél egyensúlyi tömegének és a kiszárított hidrogél tömegének hányadosa növekedés a hidrogélt alkotó PSI láncok szerkezetéből adódik, ugyanis a PSI-ben ph = 6 alatt a gyűrűk zárt formában vannak jelen, ennél lúgosabb közegben a szukcinimid gyűrűk felnyílnak, a polimer lánc elhidrolizál poliaszparinsavvá. A képződő polielektrolit lúgos közegben jól szolvatálódik, a hidrogél jól duzzad. Ez az un. PSI-PASP átmenet irreverzibilis folyamat [7]. A kialakult hidrofil PNIPAAm-l-PASP hidrogélek duzzadásfokának jelentős változása ph = 4,5 körül mérhető (3.b ábra), ami az aszparaginsav disszociációs állandójára vezethető vissza. A ph = 4,5 érték alatt a szabad karboxil csoportok protonáltak, a gélt neutrálisnak tekinthető láncok alkotják, míg ph = 4,5 felett a karboxil csoportok deprotonált, disszociált formában vannak jelen és a töltéssel rendelkező láncok miatt a duzzadásfok jelentősen megnő. A hidrogélek tulajdonságainak hőmérsékletfüggését a duzzadásfokok jelentős csökkenése igazolta, amikor a környezet hőmérsékletét 25 C-ról 37 C-ra emeltük (3.b ábra). Ennek oka az, hogy a kotérhálót alkotó PNIPAAm láncok vizes fázisban az alsó kritikus szételegyedési hőmérséklet (LCST) alatt szolvatálódnak, míg az LCST értéke felett nem, így a hidrogélek a hőmérséklet emelésével egy hidrofil, duzzadt állapotából, egy viszonylag hidrofób, kis duzzadásfokú állapotba mennek át, elveszítve víztartalmuk jelentős részét [8]. A PNIPAAm gélek a különlegessége abban áll, hogy a térfogatváltozás a testhőmérséklet közelében, egy igen szűk hőmérséklettartományban játszódik le. Ez a térfogati fázisátalakulás a PASP ph-függéséhez hasonlóan megfordítható folyamat. A PNIPAAm-l-PASP hidrogélekből történő hatóanyag-kioldódás vizsgálatokat diklofenák-nátrium nem szteroid típusú gyulladáscsökkentővel végeztük (4. ábra). 170

171 Diklofenák kioldódás (%) { A diklofenák-nátrium egyik káros mellékhatása, hogy a kontakt hatás és a prosztaglandin szintézis gátlás következtében, gyomorfekélyt vagy akár gyomorvérzést is okozhat tartós szedés esetén [4]. 4. ábra: Diklofenák-nátrium kioldódása PNIPAAm-l-PASP hidrogélekből 37 C és 42 C-on foszfát pufferben (ph=7,6) és savas előkezelés (ph=1,2) után foszfát pufferben (ph=7,6) 37 C-on Az általunk kifejlesztett PNIPAAm-l-PASP multireszponzív hatóanyag-hordozó rendszer a gyomorsav ph-ján magában tartja a diklofenák-nátriumot, kialakítva ezzel egy védelmi funkciót a gyomorban. A ph-t a vékonybélben található értékre emelve a PNIPAAm-l-PASP hidrogélek kismértékben megduzzadnak, valamint a diklofenák-nátrium oldhatósága is megnő, ez a hatóanyag felgyorsuló leadását idézi elő. A PNIPAAm-l-PASP hidrogélek alkalmazásával a hatóanyag-leadás tehát gyakorlatilag nem megy végbe a gyomorban és lelassul a vékonybélben. Az azonos módon alkalmazott, hagyományos hatóanyag-leadó rendszerekhez képest így növelhető a hatástartam és csökkenthető a mellékhatások veszélye. Köszönetnyilvánítás: A kutatást támogatta az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA PD76401) és az NKTH A*STAR (Szingapúr) - Kétoldalú TéT Pályázat (BIOSPONA). A munka a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj támogatásával készült. Irodalomjegyzék:, 40 ph= PBS, 37 C PBS, 42 C 90 min ph=1.2 után PBS, 37 C t (min) [1] Park, K. Biodegradable Hydrogels for Drug Delivery, 1st ed.; Shalaby, W. S. W., Park, H., Eds.; Technomic Publishing Company: Lancaster, 1993, p 2. [2] Haraguchi, K.; Murata, K.; Takehisa, T.: Macromolecules 2012, 45, [3] Liu, F.; Urban, M. W.: Progress in Polymer Science 2010, 35, [4] Arora S., Ali J., Ahuja A., Khar R. K., Baboota S.: AAPS PharmSciTech, 2005, 6: E372-E390 [5] Satoshi U., Hiroshi N., Toyoji K. Polymer Bulletin. 2011, 67, [6] Solti K.: Poli(N-izopropil-akrilamid) és poliaminosav alapú kotérhálók előállítása és vizsgálata, Szakdolgozat, BME, [7] Gyenes T., Torma V., Gyarmati B., Zrinyi M.: Acta Biomater 2008, 4, 733- [8] Ward M. A., Georgiou T. K.: Polymers 2011, 3,

172 172

173 KÖRNYEZETI KÉMIA, TECHNOLÓGIA 173

174 174

175 A SZÉN-DIOXID KIBOCSÁTÁS CSÖKKENTÉSE VIZES AMMÓNIA OLDATBAN TÖRTÉNŐ ELNYELETÉSSEL Erdős Máté 1, Dr. Láng Péter 1, Hégely László 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi egyetem 1111 Budapest Műegyetem rakpart 3-9 Napjainkban a növekvő energiaigény miatt a fosszilis energiahordozók tüzeléséből származó szén-dioxid mennyiség jelentősen megnövekedett a légkörben. A troposzférában felhalmozódó gáz elnyeli a földről visszaverődő nagy hullámhosszú sugárzást, ezáltal növelve a Föld átlaghőmérsékletét. Ez a mesterségesen előidézett folyamat klímaváltozáshoz vezethet, amely kártékony hatással van az egész élővilágra. A széndioxid kibocsátás csökkentésének problémája korunk egy égető kérdésévé nőtte ki magát. A problémára számos megoldási módszer született. Eddig a legszélesebb körben vizsgált módszer a kémiai abszorpcióval történő elnyeletés. A kémiai abszorpció lényege, hogy egy oldat (abszorbens) segítségével elnyeletjük a szén-dioxidot, majd később a sztrippelés folyamán a folyadék hőmérsékletének emelésével kihajtjuk a gázt az oldatból. Az abszorbensek közül a legelterjedtebbek a vizes amin oldatok. Ezek alkalmazásának legnagyobb hátránya, hogy a sztrippelés energiaigénye magas. A másik, manapság egyre több helyen alkalmazott abszorbens a vizes ammónia oldat [1].Ennek az eljárásnak a várható előnye, hogy a sztrippelés energiaigénye kisebb az aminos oldatokéhoz képest. A vizes ammóniás oldattal történő szén-dioxid abszorpció modellezésére a ChemCAD professzionális folyamatszimulátort használtam. A fázisegyensúlyok leírására az elektrolit NRTL modellt alkalmaztam. A töltött oszlopok működésének leírására az elméleti tányér modell szolgált. A modell validálásához egy meglévő üzem adatait vettem alapul [2]. Az ausztráliai kísérleti üzem egy feketeszén tüzelésű erőműből kilépő füstgáz szén-dioxid tartalmát csökkenti ammóniás abszorpcióval. A számítással kapott adatok jó egyezést mutattak a kísérleti üzeméivel. Megvizsgáltam, hogy a különböző műveleti paraméterek (pl.: hőmérséklet, nyomás) változtatása hogyan befolyásolja az üzem energiaigényét. Az aminos módszerhez képest az ammóniával történő abszorpciós folyamat energiaigénye kisebbnek adódott. Ugyanakkor az utóbbinak jelentős hűtőenergiaigénye is van, és problémát okozhat a tornyokban a szilárd anyag kiválása is. Irodalom: [1] Mathias Paul M., Satish Reddy and John P. O Connell, International Journal of Greenhouse Gas Control (2010) [2] Yu Hai, Scott Morgan, Andrew Allport, Aaron Cottrell, Thong Do, James McGregor,Leigh Wardhaugh, Paul ChemicalEngineering Research and Design (2011) 175

176 NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA FENILUREA PESZTICIDEK VIZES OLDATAINAK KEZELÉSE SORÁN Kovács Krisztina 1, Alapi Tünde 2,3, Dombi András 2 1 MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Izotópkutató Intézet, Sugárkémiai Laboratórium, Budapest, Konkoly Thege M. út H Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Kémiai Tanszékcsoport, Környezetkémiai Kutatócsoport, Szeged, Rerrich Béla tér 1. H Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, Szeged, Dóm tér 7. H-6720 Kivonat A kémiai növényvédelem kialakulásával a peszticidek elterjedése a mezőgazdaság szempontjából előnyösnek bizonyult, azonban toxicitásuk, bioakkumulációjuk révén globális veszélyforrást jelentenek nemcsak az élővilág és a környezet, hanem az emberiség számára is. A peszticidek közül az egyik legnagyobb veszélyt a gyomirtószerek okozzák, hiszen a talajból könnyen bekerülnek a felszíni vizekbe és az ivóvízbe. A jelenlegi víztisztítási technológiák nem képesek teljes mértékben eltávolítani e szerves szennyezőket, ez hívta életre a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások kidolgozását. Munkánk során különböző nagyhatékonyságú oxidációs eljárásokat (UV fotolízis, ózonos kezelés, heterogén fotokatalízis) és azok kombinációit vizsgáltuk bizonyos peszticid hatóanyagok (diuron, monuron és fenuron) vizes közegű, oxidatív lebontása során. A módszerek hatékonyságát azonos energia-befektetés és reaktor elrendezés mellett tanulmányoztuk a célvegyületek átalakulási sebessége, dehalogenizációs sebessége, valamint mineralizációs sebessége alapján. Bevezetés Az elmúlt évtizedekben megnőtt az igény a meglévő vízkezelési technológiák fejlesztésére és újak kidolgozására, így kerültek előtérbe a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások (AOPs), melyek gyökgeneráláson alapuló oxidatív kémiai reakciók során alakítják át a szerves szennyezőket. Az AOPs eljárások közé tartozik az általunk is vizsgált ultraibolya fotolízis, ózonos kezelés és heterogén fotokatalízis. Természetesen minden módszernek megvannak az előnyei és hátrányai, azonban azok ésszerű kombinációjával az egyes módszerek hatékonysága növelhető, előnyeik kiemelhetők, hátrányaik csökkenthetők. Munkánk során a fent említett oxidációs eljárások és kombinációk hatékonyságát vizsgáltuk 3 fenil-karbamid típusú peszticid hatóanyag a fenuron, (1,1-dimetil-3-fenilkarbamid), monuron (N-(4-diklór-fenil)-N N-dimetil karbamid) és diuron (N-(3,4-diklórfenil)-N N-dimetil karbamid) átalakulása során. Mindhárom peszticid hatóanyag általános gyomirtószerként ismert és széles körben alkalmazott vegyület, szerkezetük csupán az aromás gyűrűhöz kapcsolódó klóratomok számában különbözik. Több esetben kimutatták már felszíni vizekben (BLANCHOUD ÉS MTSAI., 2004), ivóvizekben és mezőgazdasági terményekben is (GIACOMAZZI ÉS COCHET, 2004). A diuron és monuron feltehetően az endokrin hatású vegyületek közé tartozik így teljes mértékű eltávolításuk vizeinkből fokozott jelentőséggel bír. 176

177 Kísérleti rész A mérések során fényforrásként 15 W elektromos teljesítményű, 254 és 185 nm hullámhosszúságú fényt kibocsátó, kisnyomású higanygőzlámpát (LighTech, GCL307T5VH/CELL) alkalmaztunk, melynek köpenye (lámpateste) nagytisztaságú kvarcból készült. A másik, kísérleteinknél használt lámpának (LighTech, GCL307T5/CELL) a köpenye közönséges kvarcból készült, ami elnyeli a 185 nm hullámhosszúságú VUV fényt, de átengedi a 254 nm hullámhosszúságú UV fényt. A heterogén fotokatalízis vizsgálata során a 254 nm-en sugárzó UV lámpa mellett egy speciális, fluoreszcens higanygőzlámpát is használtunk, mely a nm hullámhosszúság tartományban bocsát ki fényt. 1. ábra: A kísérleti berendezés vázlata (1) tápegység (2) teflon dugó, gázbevezető csővel ellátva (3) kisnyomású higanygőzlámpa (4) búra (5) termosztált reakcióedény (6) tartály (7) mágneses keverő (8) perisztaltikus pumpa (375 cm 3 perc -1 ) (9) termosztát (25 1 C) (10) oxigén/levegő/nitrogén palack (513 cm 3 perc -1 ) (11) áramlásmérő P F F 10 9 T 6 8 P 7 A Degussa cég által gyártott P25 TiO 2 -dal végzett heterogén fotokatalitikus mérések során 0,5 g dm -3 töménységű szuszpenziót készítettünk. A vizsgálatokhoz használt készülék vázlatát az 1. ábra mutatja. A fényforrást (3) egy 28 mm külső átmérőjű búra (4) vette körül, mely a 46 mm belső átmérőjű duplafalú reaktor közepében helyezkedett el. A peszticidoldat a búra (4) fala és a reaktor (5) belső fala között áramlott. A mérések során többféle búrát alkalmaztunk annak megfelelően, hogy melyik kezelési módszer vizsgálata volt a cél. Ózonos kezelés során üvegbúrát használtunk, melynek alsó részén szimmetrikusan elhelyezkedő lyukak voltak. Így a lámpa és a búra között áramló oxigén fotolízise során képződött ózon/oxigén keveréket átbuborékoltattuk a reakcióedényben folyamatosan áramoltatott oldaton. A gázfázisbeli ózon (mely a 185 nm hullámhosszúságú VUV fény hatására képződik oxigénből) koncentrációja minden esetben 1, mol dm -3 volt. Az ultraibolya fotolízis, valamint a heterogén fotokatalízis vizsgálata során zárt kvarcbúrát használtunk. Ebben az esetben a levegő átvezetése a tartályban (6) lévő oldatrészleten keresztül történt. Az ózonozás és ultraibolya fotolízis kombinációjának 177

178 vizsgálatához olyan kvarcbúrát használtunk, melynek alsó részén szimmetrikusan elhelyezkedő lyukak voltak. Ugyanezt a búrát használtuk a heterogén fotokatalízis és ózonos kezelés kombinációjának vizsgálata során is. Minden alkalommal 500 cm 3 oldatot keringettünk folyamatosan perisztaltikus pumpa (8) segítségével a lámpa körül. A kinetikai mérés a lámpa tápegységének (1) bekapcsolásával indult. A peszticid hatóanyagok valamint a köztitermékek koncentrációját folyadékkromatográfiásan (Merck-Hitachi L-7100 típusú pumpa, L-4250 UV-Vis detektor és Agilent 1100 típusú készülék UV-Vis detektor) mértük. Az aromás vegyületek elválasztásához Lichrospher 100, RP-18 oszlopot, eluensként metanol-víz 60:40 arányú elegyét használtuk. A detektálás 210 nm-en történt. A vizsgált módszerek hatékonyságát az adszorbeálható teljes klórtartalom (AOX, Analytik Jena által gyártott multi X 2500 AOX- TX mérő, az APU 2 minta-előkészítő), valamint a teljes szerves széntartalom (TOC, Analytik Jena által gyártott multi N/C 3100 analizátor) változása alapján is összehasonlítottuk. Eredmények és értékelésük Az egyes módszerek átalakulási sebességére vonatkozóan az eredményeket az 1. táblázatban foglaltuk össze (a nagyobb bomlási sebességeket kiemeltük): 1. táblázat: Diuron, monuron és fenuron kezdeti átalakulási sebessége TiO TiO nm O 2 TiO nm 254 nm O nm nm O 3 TiO nm O 3 Diuron 13,6 1,0 7,9 26,5 27,3 11,0 25,0 Monuron 46,0 0,6 13,1 25,8 56,8 18,4 37,9 Fenuron 2,7 10,6 16,2 37,7 22,5 23,1 55,7 Az ultraibolya fotolízis (254 nm) elsősorban a 254 nm hullámhosszúságú fényt jelentős mértékben elnyelő klórozott származékok ( 254nm (diuron)= mol -1 dm 3 cm -1, 254nm (monuron)= mol -1 dm 3 cm -1, 254nm (fenuron)=4 500 mol -1 dm 3 cm -1 ) esetén bizonyult hatékonynak. Ugyanakkor az ózonos kezelés (O 3 ) hatékonysága a klórozott származékoknál elhanyagolható, fenuronnál azonban a közvetlen fotolízishez képest igencsak számottevő. A heterogén fotokatalitikus kezelés (TiO 2, 365 nm) során az átalakulás sebessége a célvegyület klórtartalmának csökkenésével nőtt. Diuron vizes oldatának kezelése során az ózonos kezelés ultraibolya fotolízissel (254 nm O 3 ) és/vagy heterogén fotokatalízissel való kombinációja (TiO nm O 3 valamint TiO nm O 3 ) bizonyult a leghatékonyabbnak. Mindhárom eljárás során feltehetően az ózon bomlása során képződött oxigén tartalmú reaktív köztitermékek, illetve fotokatalizátor jelenlétében az ózon, mint hatékony elektronbefogó jelenléte eredményezi a kezdeti átalakulási sebesség jelentős mértékű növekedését az ultraibolya fotolízis (254 nm) és heterogén fotokatalízis (TiO nm) alkalmazásakor mért értékekhez képest (JAVIER RIVAS ÉS MTSAI, 2012). A monuron esetében a közvetlen ultraibolya fotolízis, valamint annak kombinációja ózonos kezeléssel bizonyult a leghatékonyabbnak. A TiO 2 jelenléte többnyire csak csökkentette az átalakulás sebességét, ami feltehetően részben a monuron közvetlen fotolitikus átalakulására vonatkozó, viszonylag nagy kvantumhasznosítási tényezőjének és a 254 nm-re vonatkozó jelentős moláris abszorbanciájának, valamint a monuron és a 178

179 fotokatalizátor közt fellépő kompetitív fényelnyelés együttes következménye. Ugyanakkor az általunk alkalmazott kis ózonkoncentráció minden esetben jelentős mértékben megnövelte az egyes eljárások hatékonyságát. Fenuron átalakulása során a legjobb eredményt a heterogén fotokatalízis és az ózonos kezelés kombinációja, valamint a heterogén fotokatalízis, ózonos kezelés és ultraibolya fotolízis együttes alkalmazása mutatta. A dehalogenizáció sebességének mértéke alapján elmondható, hogy mind a monuron, mind a diuron esetében az ultraibolya fotolízis bizonyult a leghatékonyabb módszernek (2. ábra). Bár a szervesen kötött klórtartalom szinte minden módszer alkalmazása során nullára csökken mire a kiindulási vegyület teljes mértékben átalakul, az ultraibolya fotolízis szelektivitása klórtartalmú szerves vegyületek bomlása során előnyös lehet. Mineralizáció szempontjából a nem kombinált módszerek (UV fotolízis (254 nm), ózonos kezelés (O 3 ), heterogén fotokatalízis (TiO nm) közül kizárólag a heterogén fotokatalízis bizonyult hatékonynak (3. ábra). A heterogén fotokatalízisnek az ózonos kezeléssel, illetve ultraibolya fotolízissel való kombinációja már csak kismértékben növelte a mineralizáció sebességét. 2. ábra: Szervesen kötött klór relatív koncentrációja az elbomlott monuron (A) és diuron (B) (%) függvényében A B 179

180 3. ábra: A teljes szerves széntartalom relatív koncentrációja az elbomlott fenuron (A), monuron (B) és diuron (C) (%) függvényében A B C Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönik a Társadalmi Megújulás Operatív Program (TÁMOP-4.2.1/B- 09/1/KONV ) és az Országos Tudományos Kutatási Alapprogram (NKTH OTKA CK 80193, CK 80154) anyagi támogatását. Irodalomjegyzék Blanchoud, H., Farrugia, F., Mouchel, J.M. Pesticide uses and transfers in urbanised catchments (2004) Chemosphere, 55, Giacomazzi, S., Cochet, N. Environmental impact of diuron transformation: a review (2004) Chemosphere, 56, Javier Rivas, F., Fernando J. Beltrán, Angel Encinas Removal of emergent contaminants: Integration of ozone and photocatalysis (2012) Journal of Environmental Management, 100,

181 AMINOS CO 2 ELNYELETŐ RENDSZER OPTIMALIZÁLÁSA GENETIKUS ALGORITMUSSAL Nagy Dávid 1, Láng Péter 1 1 BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék 1111 Budapest, Bertalan Lajus u Az üvegházhatású gázok közül a CO 2 koncentráció növekedése a legjelentősebb. Az erőművek CO 2 kibocsátásának csökkentésére számos módszer létezik (vizes mosás, reaktív mosás, membrán szeparáció). A CO 2 leválasztása és tárolása (CCS, Carbon Capture and Storage) az egyik legaktuálisabb és legfontosabb kutatási téma napjainkban. Az abszorpció (gázok szelektív elnyeletése folyadékban) régóta jól ismert és elterjedt művelet, jól tervezhető és modellezhető. A leggyakrabban vizsgált megoldás MEA (monoetanol-amin)-víz eleggyel történő mosás. Nagy hatékonyságú, viszont az elnyelt szén-dioxid kihajtása (sztrippelése) az abszorbensfolyadékból nagyon energiaigényes folyamat. Ennek köszönhető, hogy az egyszerű abszorber-sztripper rendszert sokféleképpen próbálták módosítani az energia igény csökkentése érdekében (Cousins et al., 2011). Munkám célja két aminos mosást alkalmazó abszorber-sztripper rendszer vizsgálata és optimalizálása. A ChemCAD professzionális folyamatszimulátor Amine egyensúlyszámító modelljét termodinamikai mérések alapján validáltam. Felépítettem egy abszorber-sztripper rendszer ChemCAD modelljét. A számításokat félüzemi mérések (Mangalapally és Hasse, 2011) adatai alapján végeztem. Létrehoztam egy genetikus algoritmussal működő szoftvert az MS Excel VBA fejlesztő környezetében, majd a folyamatszimulátort ezzel vezéreltem. Egy folyamatmódosítási lehetőséget - az áramok megosztását (split-flow) - optimalizáltam genetikus algoritmus segítségével. A számítási eredmények alapján átalakítottam a ChemCAD modellt, majd ismét elvégeztem az optimalizálást. Az optimalizálás célfüggvénye az 1 kg kivont CO 2 -ra vetített sztrippelési energiaigény. Az első lépés a rendszer szabadsági fokainak meghatározása. Ezután kiválaszthatjuk az optimalizációs paramétereket. A sztripperbe bevitt hőt függő változónak tekintjük, amit úgy módosítunk, hogy a CO 2 kinyerés minden esetben 75%-os legyen, a különböző konstrukciók jobb összehasonlíthatósága érdekében. Az alap konstrukció (1. ábra) szabadsági fokai: 1. Abszorber elméleti tányérszáma 2. Sztripper elméleti tányérszáma 3. Az abszorber nyomása 4. A sztripper nyomása 5. A sztripperben a bevitt hő 6. A sztripper kondenzátorának hőmérséklete 7. A szolvens tömegárama a rendszerben 8. A szolvens MEA tartalma a rendszerben 9. Az abszorber tetején belépő áram hőmérséklete 10. A sztripper tetején belépő áram hőmérséklete 181

182 1. ábra. Aminos füstgáz CO 2 mentesítő rendszer (alap változat). Az elméleti tányérszámokat csak abban az esetben lenne értelme optimalizálni, ha a célfüggvényben szerepelne a beruházási költség. Így a tányérszámot akkorára választjuk, hogy biztosan elég nagy legyen. Ezt úgy tudjuk megvizsgálni, hogy megnézzük az oszlopok folyadék és gőzáramának CO 2 tartalmát. Ha vannak olyan tányérok, amiken nem változik a CO 2 tartalom, akkor az egyensúlyi egységek száma már nem korlátozó tényező. A betáplálások hőmérsékletét az abszorberben az optimálisnak ítélt 40 C-ra választjuk, a sztripperben forrpontira. A szolvens tömegárama és MEA tartalma a referencia cikknek (Mangalapally és Hasse, 2011) megfelelő ( 50 kg/h szolvens, 30 m/m% MEA tartalom). Az áramok megosztásáná (2. ábra) mindkét oszlop középső szakaszából kiveszik a folyadékfázis egy részét, és bevezetik azt a másik oszlop középső szakaszába (2. ábra). Ezzel, bár nem használják ki a teljes oldószer kapacitást (félig telített és félig kisztrippelt oldószer áramok) az oszlopok hőmérséklet profilját jelentősen javítani tudják. Így az átlagos hajtóerők növekszenek, az abszorpció és a sztrippelés hatékonyabb lesz. Fontos a megfelelően megtervezett előmelegítés és lehűtés, hogy a megfelelő állapotban lépjen be az oldat a kolonna adott szakaszára (az abszorberben melegedést, vagy a sztripperben visszahűlést okozva). Az irodalmi adatok szerint a visszaforraló hőjének 11,6%-át sikerült megtakarítani. Többlet szabadsági fokok az áramok megosztása esetén: 1. Oldalelvétel helye az abszorberben 2. Oldalelvétel helye a sztripperben 3. Oldalsóbetáplálás helye az abszorberben 4. Oldalsóbetáplálás helye a sztripperben 5. Elvételi arány az abszorberben 6. Elvételi arány a sztripperben 182

183 2. ábra. Az áramok megosztása, folyamatábra. Az optimalizálást az alábbi egyszerűsítő feltételek mellett végeztük el: Az alá a tányér alá táplálunk be, ahonnan az elvétel történt; valamint az abszorberből és a sztripperből ugyanakkora tömegáramú folyadékot veszünk el, hogy ne változtassuk lényegesen a terhelés profilokat. Ezek alapján az optimalizációs paraméterek: 1. Oldalelvételi helyek 2. Oldalsó betáplálási helyek 3. Oldalelvételi arányok A feladat a split-flow optimalizálása volt. Ehhez az elvi folyamatábrát módosítottam (3. ábra). Az Sz 1 szabályozó visszacsatolt üzemmódban működött, és sztripperbe bevitt hőt módosította a sztripper fejtermék CO 2 tartalma függvényében. Így a kinyerést az előírt (75%-on) tartottuk. Az Sz 2 szabályozó előrecsatolt üzemmódban működött, és az abszorber és a sztripper fejtermékében kimenő víz mennyiségének függvényében módosította a Pótvíz mennyiségét. A modellen a konvergencia-gondok kiküszöbölése érdekében a kereszthőcserélők helyett egyszerű hőcserélőket használtunk, ahol a kilépő áramot forrponti folyadéknak specifikáltuk. A Szegény szolvens és a Félszegény szolvens áramot felvágtuk, és az S 1 és S 2 egységgel a Szegény szolvens 2 és Félszegény szolvens 2 áramba másoltuk. Minden pontban 10-szer lefutattuk, így értük el a konvergenciát. 183

184 3. ábra. Az áramok megosztásának modellje. A genetikus algoritmust az MS Excel VBA fejlesztő környezetében készítettük el. Az Excel végzi a populációk generálását, a fitness számítást, majd az utód nemzedékek létrehozását. A ChemCAD pedig az Exceltől kapott adatok alapján végzi a számításokat, majd visszaadja a fitness számításhoz szükséges paramétereket (4. ábra). 4. ábra. Adat áramlás az optimalizáció során. 184

185 A használt genetikus algoritmus nagy előnye, hogy nem ragad be lokális minimumba, képes bármilyen paraméter téren optimalizálni. Hátránya a nagy számítás igény. Leírásához a biológiai terminológiát használják világszerte. Definiálunk géneket, ezek az optimalizálandó paraméterek; a gének egy adott értéke adja az egyedeket ; az egyedek összessége alkotja a populációt. Minden egyednek meghatározzuk e fitness értékét ezt az optimalizálás célfüggvényéből számítjuk. Bár genetikus algoritmusnak hívjuk, de ez nem egy algoritmus, hanem egy elv, a konkrét algoritmust mi alkotjuk meg. A kezdeti populáció meghatározásához kijelöljük, hogy a gének milyen határok között vehetnek fel értékeket. Az algoritmus egyenletes eloszlású véletlen számokat generál a határok között. A legjobb egyed az elitizmus révén egyértelműen tovább kerül az utód nemzedékbe. A szaporodásnál az algoritmus a fitness függvény alapján nagyobb esélyt biztosít a cross-over-es kereszteződésre (két szülőből két utód lesz, 0,3-0,7 és 0,7-0,3 arányban öröklik a szülői géneket), így a jobb fitness értékű egyedek genetikai állománya feldúsul, a populáció az optimum felé konvergál. A mutáció a legjobb egyedet nem érintheti. Az optimalizálás során az abszorber oldalsó betáplálási helye (felülről) az 5. és 15. míg a sztripperé a 4. és 10. tányérok között változott. Az elvétel mennyiségét 0-20 kg/h között vizsgáltuk. Az egyedek száma 40, a ciklusok maximális száma 70 volt. A crossingover valószínűsége 70, míg a mutáció valószínűsége 5% volt Az optimalizálás eredménye az, hogy akkor kell a legkevesebb hőt bevinni a sztripper visszaforralójába, ha az oldalelvétel a 6. tányérról történik, (így az oldalbetáplálás pedig a 7.- re érkezik), mennyisége pedig 3,21 kg/h (az összes betáplálás 7%-a). A sztripperből az oldalelvétel a 3. tányérról történik (így a betáplálás a 4. tányérra érkezik, mennyisége 3,21 kg/h, az összes betáplálás 5,8%-a). Ekkor a visszaforraló energiaigénye 51,00 MJ/h, míg az alapesetben (ugyanilyen hőcserélő specifikációval) 52,45 MJ/h. Ez 2,76% energianyereséget jelent, ami figyelembe véve, hogy a hőcserélők rosszul voltak beállítva (a sztripper betáplálásainak hőmérséklete nem illeszkedett az oszlop profiljába, így visszahűtöttük az oszlopot, feleslegesen fűtöttük a sztrippert), jó eredménynek mondható. Irodalom: Borgulya István, Optimalizálás evolúciós algoritmusokkal, Typotex, Budapest(2012) Cousins et al., Preliminary analysis of process flow sheet modifications for energy efficient CO 2 capture flue gases using chemical absorption, Chemical Engineering Research and Design 89, , (2011). Mangalapally & Hasse, Pilot plant study of post-combustion carbon-dioxide capture by reactive absorption, Chemical Engineering Research and Design 89, , (2011). 185

186 KÜLÖNBÖZŐ ÖSSZETÉTELŰ ÉS HŐMÉRSÉKLETŰ TERMÁLVIZEK IONÖSSZETÉTELÉNEK CSÖKKENTÉSE MEMBRÁNSZŰRÉSSEL Bevezetés Tonkó Csilla Mária 1, Dr. Pátzay György 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék 1111 Budapest, Budafoki út 8. F II 1. em. Magyarország kedvező geotermikus adottságainak köszönhetően kimagasló számú termálkúttal rendelkezik regisztrált termálkútból, jelenleg körülbelül 950 üzemel hazánkban [1]. Termálvíznek a legalább 30 C-kal felszínre kerülő felszín alatti vizeket nevezzük. A kutak vize általában stabil összetételű, ám eredetükből adódóan a különböző területeken kitermelt termálvíz különböző komponenseket tartalmaz: Ca/Mghidrokarbonátos, Na-hidrokarbonátos, NaCl-os, szulfátos, jodidos és bromidos lehet a főbb ionösszetételét figyelembe véve [2]. Eleinte a termálvizet elsősorban gyógyászati, háztartási és pihenési célokra alkalmazták, ma már nélkülözhetetlen energiaforrás a mezőgazdaság és az ipar egyes területein is. A termálvíz hőmérséklete korlátozza a lehetséges hasznosítást. A termálvizek hasznosítása és későbbi elhelyezése során gondot okozhat a magas összes sótartalom, különös tekintettel a keménységet okozó kálcium- és magnéziumsókra, illetve a talajokban másodlagos szikesedést okozó nátrium egyenérték százalékot (Na eé%) meghatározó, számos kútnál kimagasló mennyiségben jelenlévő nátriumionra. A termálvizek sótartalmának csökkentésére használható membrántechnikai módszer az ultraszűrés, a nanoszűrés és a fordított ozmózis [3,4]. Ezen eljárások közül a fordított ozmózis a leghatékonyabb, de felmerül a kérdés, hogy valóban szükséges-e ezt a nagy energia igényű, érzékeny és magas költségekkel járó eljárást választani, amikor nem áll célunkban nagytisztaságú vizet előállítani, csupán csökkenteni szeretnénk a problémát okozó komponensek mennyiségét. A nanoszűrés kisebb energiaigényű és gyorsabb kezelést biztosít, mint a fordított ozmózis. A nanoszűrő membránok nagyobb százalékban tartják vissza a többértékű ionokat (pl. Ca 2+, Mg 2+, ), mint az egyértékűeket (pl. Na +, K +, F -, Cl - ) [5,6], vagyis lágyítják a kezelt vizet. Használják például ivóvíz előállításnál, szennyvíz-, talaj- és felszíni víz kezelésnél, tengervizek sótalanítási előkezelésénél [5-11]. Hazánkban szigorú jogszabályok szabályozzák a használt termálvizek felszíni víztestbe történő elhelyezését. Alapvető cél a víztestek minőségének védelme [12], melynek érdekében energetikai célú hasznosítás esetén a csurgalékvíz Na eé%-a 45%, összes sótartalma 3000 mg/l lehet. Gyógyászati célú hasznosítás esetén 95% és 5000 mg/l, termálfürdők esetén pedig 45% és 2000 mg/l a megengedett [13]. Tanulmányunk célja megvizsgálni, hogy nanoszűréssel milyen mértékben csökkenthető különböző összetételű és hőmérsékletű termálvizek keménységet okozó sóinak mennyisége, illetve az összsó tartalom, és hogyan alakul a termálvíz Na eé%-a a kezelés után. 186

187 Anyag és módszer Vizsgálatainknál 7 városból származó termálvíz mintával dolgoztunk. Ezek főbb ionösszetételét az 1. táblázat mutatja. Származási hely Na eé% 1. táblázat: Termálvíz minták ionösszetétele Na + [mg/l] K + [mg/l] Ca 2+ [mg/l] Mg 2+ [mg/l] SO 4 2- [mg/l] Cl - [mg/l] F - [mg/l] Eger (Török-fürdő) 11,44 18,630 2,930 91,160 19,660 25,395 5,280 0,435 Mezőkövesd- (Zsóry-fürdő) 39,96 317,400 70, ,200 55,480 12, ,159 3,132 Bogács 20,55 35,470 6,970 81,070 20,780 12,505 10,965 0,690 Miskolc-Tapolca 7,47 11,260 2,350 99,600 12,250 18,250 4,065 0,190 Mályi 22,83 43,755 12,945 94,620 16, ,710 17,750 2,790 Komárom 37,94 167,020 14, ,330 45, , ,640 1,260 Budapest (Gellértfürdő) 31,39 157,720 19, ,540 62, , ,270 2,440 A membránszűrést CELFA P-28 típusú szakaszos membrán tesztberendezéssel hajtottuk végre. A mérések során Desal DK (GE Osmonics) Thin Film kompozit membránt (elméleti MgSO 4 visszatartás 98%, felület 0,0028 m 2 ) alkalmaztunk, mely magas hőfoktűrésű és László és Hódur [3] már használta termálvíz fenol tartalmának csökkentésére. Az első mérési sorozatnál az összetétel elválasztásra gyakorolt hatását vizsgáltuk a 7 különböző vízmintával. A nyomást 35 bar túlnyomáson tartottuk, a hőmérsékletet a mintatartó köpenyterének vízfűtéséve 50 C-ra állítottuk. A második mérési sorozatnál a hőmérséklet elválasztásra gyakorolt hatását vizsgáltuk 30, 40, 50 és 60 C-on állandó 35 bar túlnyomás mellett. A harmadik mérési sorozatnál a nyomás elválasztásra gyakorolt hatását vizsgáltuk 20, 25, 30 és 35 bar túlnyomáson, állandó 50 C-os hőmérsékleten. A méréseket 95%-os kihozatalig végeztük, azaz a kiindulási vízmintát az eredeti térfogat 1/20-ra sűrítettük be. A kapott permeátumok iontartalmát Metrohm 861 Advanced Compact IC ionkromatográffal határoztuk meg. Az ionok visszatartását (R) a következő módon számítottuk:, (1) ahol c B a betáplálási áramra vonatkozó, c P a permeátumra vonatkozó oldott anyag koncentráció (mg/l). A Na eé%-ot az alábbi képlet alapján állapítottuk meg az ionkromatográfiás eredményekből:, (2) ahol 187

188 Eredmények és kiértékelésük Kezelendő termálvíz összetételének hatása a nanoszűrésre A nanoszűréssel elért ionvisszatartást a 7 különböző termálvíz minta esetén az 1. ábra mutatja, ahol a maximális kinyerésnél kapott visszatartás értékeket tüntettük fel. Egy ilyen sokkomponensű rendszernél is elmondható, hogy a kétértékű ionok visszatartása sokkal nagyon, mint az egyértékűeké, és a sorrend a következőképpen alakul: Na +, K + > Mg 2+ > Ca 2+ ; Cl - > F - > 1. ábra: Ionvisszatartás alakulása különböző összetételű termálvizeknél 2. Hőmérséklet hatása a termálvizek nanoszűrésére A növekvő hőmérséklet hatására számottevő csökkenés áll be minden vizsgált komponens visszatartásában (2. ábra). 2. ábra: Ionvisszatartás alakulása a hőmérséklet függvényében 188

189 30 C-ról 60 C-ra növelve a hőmérsékletet az egyes ionoknál eltérő ennek a csökkenésnek a mértéke. Az egyértékű ionok visszatartása meredekebben csökken a hőmérséklettel, mint a kétértékűeké: Cl - > Na + > K + > F - > Mg 2+ > > Ca 2+. A növekvő hőmérséklet csökkenti a termálvíz viszkozitását és növeli a fluxust, melynek következtében több ion tud átkerülni a permeátum oldalra, így csökken a membrán visszatartása [14]. Nyomás hatása a termálvizek nanoszűrésére A 4 különböző nyomáson mért visszatartás értékek 3. ábrán láthatóak. A nyomás növelésével nő a visszatartás. Az egyes ionoknál eltérő ennek a visszatartás növekedésnek a mértéke. A nyomás visszatartás-növelő hatásának sorrendje a következő: Cl - > Na + > K + > F - > Mg 2+ > Ca 2+ >, tehát nagyobb hatással van az egyértékű ionok visszatartására, mint a kétértékűekére. 3. ábra: Ionvisszatartás alakulása a nyomás függvényében Nanoszűrés hatása a termálvizek Na eé%-ára és összsó-tartalmára A nanoszűrő membránok jobban visszatartják a kétértékű ionokat, mint az egyértékűeket [5,15], ezért a kezelt termálvíz Na eé%-a minden esetben legalább kétszerese lett kiindulási mintának. A Dél-Alföldön (pl. Szentesen) számos termálkút vizének nátrium 189

190 egyenérték százaléka már a kezelés előtt meghaladja a 90%-ot, így ezeknél a vizeknél nanoszűréssel ugyan csökkenteni tudjuk a keménységet okozó kétértékű kationok mennyiségét, de tovább növeljük az amúgy is határérték közeli vagy feletti Na eé% értékét. Ezeknél a vizeknél a membrántechnikai eljárások közül a fordított ozmózisra van szükség, hogy el tudjuk távolítani az egyértékű nátrium iont is. 4. ábra: Na eé% növekedésének mértéke a nanoszűrés hatására a, T=50 C, p=35bar b, Egri termálvíz, p=35bar c, Egri termálvíz, T=50 C a, b, c, Nanoszűrés hatása a termálvizek összes sótartalmára Az összes oldott só visszatartásra minden esetben több mint 53 %-ot kaptunk. A visszatartás javult a nyomásnövelés hatására és romlott a hőmérsékletnövelés hatására. Ugyanezt a változást tapasztaltuk a kationok és anionok visszatartásánál is. Következtetések A Desal DK nanoszűrő membrán alkalmas magas hőmérsékletű termálvizek nyomás alatt történő kezelésére. A hőmérséklet és a nyomás hatásának vizsgálatánál azt tapasztaltuk, hogy annál jobb az ionok visszatartása, minél alacsonyabb a hőmérséklet és minél magasabb a nyomás. Vagyis, ha a hőhasznosítás előtt csökkentjük membránszűréssel a termálvizek sótartalmát, akkor kisebb mértékű sóeltávolításra számíthatunk, mintha a hasznosítás után keletkező alacsonyabb hőmérsékletű csurgalékvizet kezelnénk membránszűréssel. A nanoszűrés hatására 65-97%-kal tudtuk csökkenteni a keménységet okozó kétértékű kationok koncentrációját, mellyel elkerülhetővé válhat a vízkőképződés, viszont az egyértékű kationok koncentrációja csak 16-47%-kal csökkent. Ennek eredményeként a Na eé% jelentős mértékben megnőtt a kezelt vizekben, mely problémát okoz a felszíni vizekbe történő bebocsátásnál. Az összsó tartalmat legalább 53%-kal sikerült csökkenteni. 190

191 Irodalomjegyzék [1] Szanyi, J.,Kovács, B., Utilization of geothermal systems in South-East Hungary, Geothermics, 39, (2010) [2] Varsányi, I., Matray, J.-M.,Ó.Kovács, L., Geochemistry of formation waters in the Pannonian Basin (southeast Hungary), Chemical Geology, 140, (1997) [3] László, Z.,Hodúr, C., Purification of thermal wastewater by membrane separation and ozonation, Desalination, 206, (2007) [4] Pátzay, G., Geotermikus fluidumok só- és szennyezőanyag-tartalmának leválasztása, Magyar kémikusok lapja, 61, (2006) [5] Schaep, J., Van der Bruggen, B., Uytterhoeven, S., Croux, R., Vandecasteele, C., Wilms, D., Van Houtte, E.,Vanlerberghe, F., Removal of hardness from groundwater by nanofiltration, Desalination, 119, (1998) [6] Van der Bruggen, B., Everaert, K., Wilms, D.,Vandecasteele, C., Application of nanofiltration for removal of pesticides, nitrate and hardness from ground water: rejection properties and economic evaluation, Journal of Membrane Science, 193, (2001) [7] Hassan, A. M., Al-Sofi, M. A. K., Al-Amoudi, A. S., Jamaluddin, A. T. M., Farooque, A. M., Rowaili, A., Dalvi, A. G. I., Kither, N. M., Mustafa, G. M.,Al-Tisan, I. A. R., A new approach to membrane and thermal seawater desalination processes using nanofiltration membranes (Part 1), Desalination, 118, (1998) [8] Van der Bruggen, B.,Vandecasteele, C., Removal of pollutants from surface water and groundwater by nanofiltration: overview of possible applications in the drinking water industry, Environmental Pollution, 122, (2003) [9] Hilal, N., Al-Zoubi, H., Darwish, N. A., Mohamma, A. W.,Abu Arabi, M., A comprehensive review of nanofiltration membranes:treatment, pretreatment, modelling, and atomic force microscopy, Desalination, 170, (2004) [10] Hilal, N., Al-Zoubi, H., Mohammad, A. W.,Darwish, N. A., Nanofiltration of highly concentrated salt solutions up to seawater salinity, Desalination, 184, (2005) [11] Choi, J.-H., Fukushi, K.,Yamamoto, K., A study on the removal of organic acids from wastewaters using nanofiltration membranes, Separation and Purification Technology, 59, (2008) [12] 220/2004. (VII.21.) Kormányrendelet [13] 28/2004. (XII.25.) KvVM Rendelet, 34. fejezet [14] Ben Amar, N., Saidani, H., Palmeri, J.,Deratani, A., Effect of temperature on the rejection of neutral and charged solutes by Desal 5 DK nanofiltration membrane, Desalination, 246, (2009) [15] Saitua, H., Gil, R.,Padilla, A. P., Experimental investigation on arsenic removal with a nanofiltration pilot plant from naturally contaminated groundwater, Desalination, 274, 1-6 (2011) 191

192 HEMICELLULÓZ LEBONTÓ ENZIMEK TERMELÉSE ÉS VIZSGÁLATA TRICHODERMA FONALASGOMBA FAJOKKAL Karolina Toth 1, Martine P. Van Gool 2, Henk A. Schols 2, Harry Gruppen 2, George Szakacs 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4. 2 Wageningen University, Laboratory of Food Chemistry, Bomenweg 2, 6703 HD Wageningen, The Netherlands A nem megújuló (fosszilis) szénforrások mennyiségének drasztikus csökkenése illetve a használatuk során keletkező káros anyagok felhalmozódása a környezetben egyre inkább növelik az alternatív megoldásokra való igényt [1]. A hemicellulóz nagyon fontos része a növényi biomasszának a cellulóz mellett. A cellulózhoz képest sokkal bonyolultabb szerkezetű, ezért lebontásához többféle enzimre is szükség van [2,3]. A napjainkban kereskedelmi forgalomban kapható enzimek, amelyek a hemicellulózok lebontására alkalmasak nagyrészt fonalasgombáktól származnak [4,5]. Az ilyen típusú enzimek előállítását ipari léptékben Trichoderma, Aspergillus és Penicillium fajokkal végzik, melyek közül talán a Trichoderma reesei törzs a leginkább kiaknázott forrása a celluláz és hemicelluláz enzimek ipari felhasználásának. Ebből kiindulva kiválasztottunk a Trichoderma longibrachiatum kládból 15 különböző törzset, melyet megvizsgáltunk komplex xilán lebontó képesség szempontjából. A kutatási együttműködés alapját az adta meg, hogy a Műegyetemen igen sok mikroorganizmust tárolunk, és a holland partner (Wageningen University) jól felszerelt analitikai nagyműszerekkel. A munkát az EU 7. Keretprogram keretén belül végeztük [6]. Az enzimtermelést három különböző szénforráson valósítottuk meg, rázatott lombikos fermentációban. A táptalajokat (ph:5,0) Erlenmeyer-lombikokban sterileztük, majd jól sporuláló Petri-csészés tenyészetekkel oltottunk be. Az enzimtermelés 5 napig tartott, 30 C-on, 220 rpm. A fermentáció során három szénforrást is kipróbáltunk: búzaszalmát, kukoricarostot és eukaliptusz fát. A fermentáció végén tiszta felülúszókból megmértük a következő enzimaktivitásokat kolorimetriás módszerrel: szűrőpapír lebontó képesség (FPA), endo-xilanáz enzim aktivitás, β-xilozidáz, β-glükozidáz és α- arabinofuranozidáz enzim aktivitás. Teljes celluláz aktivitásban (FPA) a T. reesei törzsek szerepeltek a legjobban. Továbbá kimagasló endo-xilanáz enzim aktivitást mértünk T. parareesei és T. gracile törzsek esetében. A hagyományos kolorimetriás módszereken felül műszeres analitikai módszerekkel (HPLC és MS) vizsgáltuk felülúszók enzimaktivitását. A nyers centrifugálási felülúszókkal hidrolízis kísérleteket indítottunk, melyben négy xilánban gazdag modell szubsztrátot (búza arabino-xilán, eukaliptusz xilán hidrolizátum, kukorica rost alkohol oldhatatlan része, búzaszalma vízoldhatatlan része) próbáltunk lebontani az enzimkoktélok segítségével. A reakció 37 C-on, 24 óráig, 500 rpmen, ph:5,0-n történt. A reakció elegy 5mg/mL szubsztrátból és 1% (v/v) fermentációs felülúszóból állt. A hidrolízis során keletkezett termékek (mono- és oligocukrok) minőségét és mennyiségét kromatográfiás módszerekkel mértük. A mono- és oligoszacharidok mennyiségi és minőségi meghatározását nagyhatékonyságú anioncserés kromatográfiás módszerrel (HPAEC), nagyhatékonyságú méretkizárásos kromatográfiás módszerrel 192

193 (HPSEC) valamint tömegspektroszkópiás módszerrel (MALDI-TOF MS) végeztük. A keletkezett ecetsav koncentrációt HPLC-vel mértük. A vízoldható búza arabino-xilán (wheat arabinoxylan, WAX) egy lineáris szerkezetű xilán lánc, mely arabinofuranózzal szubsztituált, míg az eukaliptusz xilán hidrolizátum (eucalyptus xylan hydrolysate, EXH) acetilált 4-O-metilglükuronsav szubsztituenst tartalmaz. Ez a komponens teszi nehezen hozzáférhetővé az endo-xilanáz számára a xilán vázat. Az 1. ábrán a hidrolízis reakció után, a hidrolizátumban mért mono- és oligocukrok HPEAC-profilja látható, T. reesei, T. parareesei, T. gracile és T. saturnisporum felülúszóival hidrolizálva. Összehasonlítva az intenzitásokat a T. saturnisporum felülúszói produkálták a legtöbb hidrolízis terméket, míg a T. parareesei felülúszói voltak a leggyengébbek. T. gracile felülúszó hasonlóan magas mono- és oligoszacharidokat produkált, mint a T. reesei. Összehasonlítva a fermentációs szénforrásokat a búzaszalma és a kukoricarost nagymértékben indukálták az enzimtermelést, míg az eukaliptusz fa kevésbé. 1. ábra WAX hidrolízise során keletkezett termékek HPAEC profiljai, négy különböző Trichoderma törzs felülúszóival lebontva, melyet három különböző szénforráson fermentáltunk. 1. kromatogram: Referencia: endo-xilanáz-i; 2. kromatogram: búzaszalmán fermentált felülúszó; 3. kromatogram: eukaliptusz fán fermentált felülúszó; 4. kromatogram: kukorica roston fermentált felülúszó. Ara: arabinóz; Xyl: xilóz; Xyl2: xilobióz; Xyl3: xilotrióz. 193

194 Számos fermentációs felülúszó képes volt bizonyos mértékig felszabadítani az acetát-csoportot az EXH szubsztrátról. A 2. ábrán T. saturnisporum felülúszóval hidrolizált EXH során keletkezett mono- és oligocukrok valamint a nem hidrolizált EXH MS profiljait láthatjuk. Láthatjuk, hogy mind a nem hidrolizált mind pedig a hidrolizált mintában található nem acetilezett oligomer. Habár, a glükuronsavat valamint galaktózt tartalmazó oligomerek mennyisége nagyobbnak tűnik az emésztett mintában. A búzaszalma vízoldhatatlan része (wheat straw water unextractable solids, WS WUS) relatíve nehezen hidrolizálható az enzimek számára bonyolult szerkezetéből adódóan. Fő alkotóeleme a nagyobb mennyiségű cellulóz mellett a lineáris szerkezetű xilán lánc. A negyedik választott hidrolízis szubsztrát a kukorica rost alkohol oldhatatlan része (corn fiber alcohol insoluble solids, CF AIS), mely komplexebb szerkezettel rendelkezik. Leginkább arabinózt, xilózt, glükózt és kisebb mennyiségben glükuronsavat tartalmaz. E két modell szubsztrát szerkezete nagyon ellenállónak bizonyult a felülúszókkal szemben a hidrolízis során, összehasonlítva az eredményeket a WAX hidrolízis értékeivel. Bár a T. reesei, T. parareesei, T. gracile és T. saturnisporum felülúszói viszonylag nagyobb mértékben hidrolizálták a CF AIS-t. 2. ábra EXH hidrolízise során keletkezett oligomerek és a nem hidrolizált EXH minta MALDI-TOF tömegspektrumai. A hidrolízis T. gracile kukorica roston fermentált felülúszójával történt. Összességében elmondható, hogy a vizsgált 15 Trichoderma törzs közül a T. reesei, T. parareesei, T. gracile és T. saturnisporum voltak a legproduktívabbak xilán bontó enzimek termelésében. A hidrolízis kísérlet során könnyebben bonthatónak bizonyultak a vízben oldható szubsztrátok: búza arabino-xilán (WAX) és eukaliptusz xilán hidrolizátum (EXH). A fermentációs szénforrások tekintetében nagyobb enzimaktivitást értünk el a búzaszalmán és a kukorica roston fermentált törzseknél, míg az eukaliptusz fán fermentált felülúszók csupán az acetát-csoport felszabadításában jeleskedtek. Elmondható, hogy mind 194

195 a mikroba törzs kiválasztásának, mind a fermentáció szénforrásának, mind pedig a hidrolízis szubsztrátnak nagy szerepe van a keletkezett hidrolízis termékek minőségében és mennyiségében. Az eredmények arra sarkallnak, hogy további kísérletekkel vizsgáljuk az enzimek természetét különböző körülmények között. Megjegyezzük, hogy xilán bontó enzimeket széles körben forgalmaznak élelmiszeripari, textilipari, papíripari és bioüzemanyag előállytási célokra. Az enzimkészítmények lehetnek sok-komponensű keverékek ( multicomponent coctails ) vagy egy-egy enzim összetevő ( monocomponent enzyme ). Hivatkozások [1] Ragauskas AJ, Williams CK, Davison BH, Britovsek G, Cairney J, Eckert CA, Frederick Jr WJ, Hallett JP, Leak DJ, Liotta CL, Mielenz JR, Murphy R, Templer R, Tschaplinski T (2006) The path forward for biofuels and biomaterials. Science 311 (5760): [2] Biely P (2003) Diversity of microbial endo-beta-1,4-xylanases. In: Application of Enzymes to Lignocellulosics, ACS Symp Ser 855, Mansfield, SD and Saddler JN (eds) American Chemical Society, Washington DC, pp [3] Polizeli MLTM, Rizzatti ACS, Monti R, Terenzi HF, Jorge JA, Amorim DS (2005) Xylanases from fungi: Properties and industrial applications. Appl Microbiol Biotechnol 67: [4] Van Gool MP, Vancso I, Schols HA, Toth K, Szakacs G, Gruppen H (2011) Screening for distinct xylan degrading enzymes in complex shake flask fermentation supernatants. Bioresource Technol 102: [5] Van Gool MP, Toth K, Schols H, Szakacs G, Gruppen H (2012) Performance of hemicellulolytic enzymes in culture supernatants from a wide range of fungi on insoluble wheat straw and corn fiber fractions. Bioresource Technol 114: [6] 195

196 Cu-, Al- és Ni-TARTALMÚ HIDROTALCIT ALAPÚ KEVERÉKOXID KATALIZÁTOR ALKALMAZÁSA HIDRODEKLÓROZÁSI REAKCIÓKBAN Török Judit 1, Halász János 1, Bangó Adrienn 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék 6720, Szeged, Rerrich Béla tér 1. Napjainkban a modern kémiai ipar jelentős mennyiségű, gyakran erősen mérgező és biológiailag le nem bontható szennyező anyagot bocsát ki a bioszférába. Ezen anyagok egyik csoportját alkotják a halogénezett szénhidrogének. Ezek, civilizáció fejlődését elősegítő szerves komponensek, alkalmazása széles körben elterjedt az iparban és még sok más területen kedvező kémiai és fizikai tulajdonságainak köszönhetően. Előnyös tulajdonságaik, mint ellenállóképesség, nagyfokú stabilitás, specialitás és bizonyos élő szervezetekre gyakorolt toxikus hatás főként az erős szén-halogén kötésből adódó stabilitással függnek össze [1]. A felhasználás szempontjából kedvező tulajdonságok azonban veszélyes környezetszennyezési lehetőségeket rejtenek. Számos, ipari méretben gyártásra és felhasználásra kerülő vegyületről bizonyult be, hogy akkumulálódva a környezetben mutagén, karcinogén és toxikus tulajdonságaik miatt közvetlenül veszélyeztetik az embert és környezetét [2]. Napjainkban ártalmas tulajdonságaik ellenére, sokrétű felhasználásuk még nem teszi lehetővé, hogy lemondjunk halogénezett szénhidrogének alkalmazásáról. A modern környezetvédelem egyik fontos feladata ezáltal, olyan eljárások kidolgozása, amelyek segítségével ezen anyagok ártalmatlanítása egyszerűen és gazdaságosan megvalósítható. A környezetbe kikerült halogénezett szerves vegyületek ártalmatlanítása a fizikai elválasztások (kondenzáció, adszorpció, abszorpció) mellett, kémiai lebontással, oxidációs vagy redukciós folyamatokkal lehetséges [3]. Az oxidációnál sokkal előnyösebb megoldásnak tűnik az általunk is tesztelt hidrogénnel, katalizátor jelenlétében megvalósított redukció, mivel az oxidáció a szerves anyagok teljes átalakulását eredményezi, míg a redukció értékes (vagy legalább hasznosítható) termékek képződéséhez vezet. Munkánk célja olyan aktív és stabilis katalizátor előállítása volt, amely ellenáll a hidrodeklórozás során képződő HCl és elemi klór szerkezetkárosító hatásainak. Hidrodeklórozásnál alkalmazható katalizátorok közül a réteges kettős hidroxidból előállítható keverékoxid katalizátorokat teszteltük. A réteges kettős hidroxidokban közös élű M(OH) 6 oktaéderekben két különböző kation váltakozva helyezkedik el brucit Mg(OH) 2 szerű lapokat képezve. Háromértékű ionok jelenléte a rétegeknek pozitív töltést kölcsönöz, amelyet a közöttük elhelyezkedő anionok kompenzálnak. A réteges kettős hidroxidok (Layered Double Hydroxides, LDHs) már önmagukban is, de leginkább kalcinálás után, számos kedvező tulajdonsággal rendelkeznek, mint nagy fajlagos felület és bázikus tulajdonság. A LDHs-ek hőkezelést követően különböző oxidok kis kristályméretű, termikusan stabil homogén keverékévé válnak. Meg kell még említeni a különleges emlékező-képességét is, amely lehetővé teszi az eredeti hidrotalcit szerkezet újraépítését [4]. 196

197 A vizsgálatok során hidrotalcit alapú réz, alumínium és nikkel tartalmú keverékoxid katalizátorokat állítottunk elő. A réz-nikkel kombináció mellett réz magas deklórozó aktivitása [5] és a nikkel hidrogénező és dehidrogénező aktivitása melletti hidrogénaddíciós folyamatot támogató tulajdonsága miatt döntöttünk. A katalizátort triklóretilén (TCE) mint modellvegyület hidrogénnel végbemenő reakcióiban teszteltük. A katalizátor kristályszerkezetét röntgendiffraktometriás módszerrel határoztuk meg. A katalitikus kísérleteket közepes hőmérséklet-tartományban ( C) laboratóriumi állóágyas csőreaktorban történtek. A reakciótermékekből 15 percenként mintát vettünk, aminek kvantitatív és kvalitatív analízise gázkromatográf segítségével történt. A reaktoron végighaladó gázfázisú anyagok egy csapdarendszerbe jutottak, ahol kondenzálódtak. Az első egységben összegyűlt kondenzátumot szintén gázkromatográfiásan vizsgáltuk. A második csapda NaOH oldatot tartalmazott, ami a reakció során képződő, szervetlen klórspeciesek megkötésére szolgált. Ennek analízisét (klórtartalom meghatározás) AOX (Adsorbable Organically Bound Halogens) berendezés felhasználásával végeztük. A gázkromatográfiás mérési eredményeket AOX mérésekkel kiegészítve klór anyagmérlegeket készítettünk. A gázkromatográfiás mérések során kapott adatokból számítható az adott reakcióra vonatkoztatható konverzió, aminek értékei az 1. ábrán látható. 1. ábra: A katalizátoron kapott konverzió értékek A katalizátoron végzett TCE hidrodeklórozás hatékonysága a reakcióhőmérséklettel együtt nőtt. A reakció 450 C-on volt a legeredményesebb, ebben az esetben a konverzió elérte a 60 %-ot. A kromatogramok kiértékelése során megállapítható volt, hogy a triklóretilénből legnagyobb mennyiségben etán és etilén keletkezik. Mindezek mellett figyelemmel kísértük a tetraklóretán és az etil-klorid mennyiségének alakulását is. Az egyes termékekre kapott szelektivitás értékeket az 1. táblázat tartalmazza. 197

198 Reakció hőmérséklet ( o C) 1. táblázat: Főbb reakciótermékek szelektivitása Etán Etilén Etil-klorid szelektivitás szelektivitás szelektivitás (%) (%) (%) Tetraklóretán szelektivitás (%) ,1 12,4 3,1 1, ,5 9,9 1,0 1, ,2 11,3 0,7 1, ,7 17,2 2,3 0, ,5 25,8 3,8 0,7 A reakció során legnagyobb hányadban etán keletkezett, amelynek mennyisége 350 C-on meghaladta a 82 %-ot. Az etán mellett viszonylag nagy szelektivitással képződött etilén, aminek a reakciótermékek között való megjelenése a nikkel katalitikus tulajdonságaival hozható összefüggésbe. A reakciók során az etilén mennyisége a hőmérséklet emelésével nőtt, 450 C-on elérte a %-ot. A reakciók során keletkezett tetraklóretán sem ipari, sem környezetvédelmi szempontból nem előnyös, viszont mennyisége minimális volt a többi anyaghoz képest, és szelektivitás értéke a reakcióhőmérsékletet növelve csökkent. Az elkészített katalizátorokat az egyes előállítási és alkalmazási lépéseket követően röntgendiffraktometriás vizsgálatokkal jellemeztük. Az elkészített minta jellemző diffraktogramját mutatja a 2. ábra. 2. ábra: Röntgendiffraktogram kalcinálás előtt A XRD vizsgálat során kapott eredmények hasonlóak a hidrotalcit irodalmi értékeihez, azaz a tervezett szerkezetű mintát állítottuk elő. A jellemző rácstávolságokat a Braggegyenlet felhasználásával számítottuk. A d értékek segítségével kiszámítható az a paraméter, ami megfelel a brucit-szerű lap vastagságának, értéke az a = 2 d 110 formulával adható meg. A c paraméter pedig megadja a brucit-szerű lap és a közbülső réteg vastagságát, értéke megadható a c = 3 d 003 egy- 198

199 enlettel. A {003} sík d értéke pedig összefügg a bázikus lapok közötti vendégion méretével [6]. A számított adatokat a 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat: Katalizátor szerkezeti jellemzői 2θ [ ] d 003 [Å] c [Å] 2θ [ ] d 110 [Å] a [Å] 11,56 7,655 22,965 61,48 1,508 3,016 A katalizátort minden hidrodeklórozási reakciót követően XRD módszerrel vizsgáltuk. Az így kapott röntgendiffraktogrammokat együtt ábrázolva megfigyelhető a katalizátor szerkezetének esetleges változása (3. ábra). 3. ábra: A katalizátorról kalcinálás előtt, után és a különböző hőmérsékleteken végzett reakciók után készült röntgendiffraktogrammok A kalcinálás után készített diffraktogram bizonyítja a keverékoxid szerkezet kialakulását. A reakciók végén készített mérésekből pedig megállapítható, hogy a bontási reakciók során az oxidkatalizátor struktúra elveszett. A reakciók során a katalizátor oxidjai reakcióba léptek a hidrodeklórozó reakció során keletkező HCl-dal és különböző kloridokat és oxikloridokat hoztak létre így régi reflexiók helyett újak jelentek meg. Ez egyben a katalizátor dezaktiválódását eredményezte. A klór anyagmérleggel összességében jellemezhető egy-egy hidrodeklórozási reakció eredményessége. A kromatográfiás és AOX-es adatokat felhasználva a reakciók végén a le nem bomlott TCE-ben, a 2. gyűjtőben található szervetlen, a katalizátor szerkezetébe beépített illetve a reakció során keletkezett egyéb szerves vegyületek klórtartalmának arányát vizsgáltuk. A különböző hőmérsékleten végrehajtott reakciók végén számított klórmérleg eredményei a 3. táblázatban található. 199

200 Reakcióhőmérséklet [ C] 3. táblázat: Klór anyagmérleg különböző hőmérsékleteken Egyéb szerves Le nem bomlott Szervetlen klór klórvegyületek TCE [%] [%] [%] Katalizátor szerkezetébe épült klór [%] ,30 1,38 0,52 13, ,30 3,55 0,54 17, ,10 9,96 0,64 30, ,30 13,77 0,76 27, ,10 51,78 1,32 6,82 A táblázat adatai alapján a hidrodeklórozási reakció 450 C volt leghatékonyabb, ekkor a 2. gyűjtőben megkötött klór mennyisége meghaladta az 50 %-ot. A szerkezetbe beépült klór mennyisége kis ekkor volt a legkevesebb 6,80 %. Mérési eredményeink alapján a CuAlNi keverékoxid katalizátor aktívnak bizonyult a triklóretilén hidrodeklórozásában. A reakció termékek között értékes termékként etilén is magas hozammal keletkezett. A reakció 450 C-on volt a leghatékonyabb, ekkor a triklóretilén konverziója elérte a 60 %-ot és a hidrodeklórozás során 90 %-ban etán és etilén keletkezett. A szervetlen klórvegyületek aránya is ezen a hőmérsékleten volt a legmagasabb, közel 52 %. [1] Hannus I.: A kémia tanítása 10,4.sz. 3 (2002). [2] Kerényi A.: Általános Környezetvédelem, Mozaik Oktatási Stúdió, Szeged (1998). [3] Halász J., Hannus I., Kiricsi I.: Környezetvédelmi technológia, JATEPress Kiadó, Szeged (2007). [4] F. Cavani, F. Trifiró, A.Vaccari: Hydrotalcite-type Anlonlc Clays: Preparation, Properties and Applications, Catalysis Today, 11, pp (1991). [5] V.H. Vu, J. Belkouch, A. Ould-Dris, B. Taouk: Removal of hazardous chlorinated VOCs over Mn-Cu mixed oxide based catalyst, Journal of Hazardous Materials 169, pp (2009). [6] I. F. Alexa, R. F. Popovici, M. Ignat, E. Popovici,V. A.Voicu, Non-toxic Nanocomposite Containing Captopril Intercalated Into Green Inorganic Carrier, Journal of Nanomaterials and Biostructures,. 6, pp (2011). 200

201 SZERVES KÉMIA III. 201

202 202

203 AROMÁS FOSZFONSAVAK SZINTÉZISE ÉS PROTON-DISSZOCIÁCIÓS (PK A ) SAJÁTSÁGAIK VIZSGÁLATA Bölcskei Adrienn 1, Keglevich György 1, Balogh György Tibor 2, Grün Alajos 1 1 BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1521 Budapest, Magyarország 2 Richter Gedeon Nyrt., Szintézistámogató Laboratórium, 1103 Budapest, Magyarország A csökkent reakciókészségű arilhalogenidek normál körülmények között nem vihetők Arbuzov-reakcióba, ezért mikrohullámú (MW) körülmények között, katalitizátor jelenlétében szintetizáltuk az arilfoszfonátokat. Az MW technika alkalmazásával egyszerűen, oldószermentes körülmények között, viszonylag rövid reakcióidővel, 80-90%-os termeléssel sikerült egy sor molekulát szintetizálnunk. Ezeket aztán hidrolízissel a megfelelő arilfoszfonsavakká alakítottuk át. Így összesen 24 vegyületet állítottunk elő a következő reakcióséma szerint, köztük 4 arilfoszfonát és 8 arilfoszfonsav új, vagy még nem jellemezték őket. R 1 Br R 2 R 3 R 4 + (EtO) 3 P MW 160 o C, 2 óra NiCl 2 R 1 R 2 O OEt P OEt R 4 R 3 12 óra 6 ekv. cc.hcl R 1 R 2 O OH P OH R 4 R 3 R 1, R 2, R 3, R 4 = H, CH 3, OCH 3, CF 3, OCF 3, F, C(O)CH 3, ciklohexil Ezen molekulákra korszerű módszerek felhasználásával sikeresen tártuk fel az aromás foszfonsavak proton-disszociációjára vonatkozó Hammett-Taft összefüggést. Az irodalomban közölt adatokkal eredményeinket összehasonlítottuk. Négy orto-helyzetű szubsztituens szigma értékét határoztunk meg, aminek helyességét számításokkal is igazoltuk. A kapott eredmények alapján szabályként megállapítottuk, hogy az aromás foszfonsavak első disszociációs lépése során a sztérikus hatás sokkal kevésbé kifejezett, mint a második disszociációs lépésnél. A kapott eredmények jó kiinduló pontot adhatnak az ArPO 3 H 2 vegyületcsalád pk a értékeinek előrejelzéséhez. 203

204 1-ARILPIRROL SZÁRMAZÉKOK SZINTÉZISE Deák Szilvia 1, Mátravölgyi Béla 2, Hergert Tamás 1, Faigl Ferenc 1,2 1 BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki u MTA Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport, 1111 Budapest, Budafoki u. 8. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén működő kutatócsoportban már több éve folynak új 1-arilpirrol származékok előállítását és tulajdonságaik vizsgálatát célzó kutatások. Az elmúlt időszakban az 1-arilpirrol (3) alapvázat tartalmazó foszfán típusú származékok és azok átmenetifém komplexeinek szintézisét, valamint az előállított új vegyületek átmenetifém katalizált szén-szén keresztkapcsolási (Suzuki-) reakciókban való alkalmazását tanulmányoztuk. A kísérletekhez szükséges pirrol származékokat Elming és Clauson-Kaas által korábban publikált kondenzációs reakcióval állítottuk elő (1. ábra). 1. ábra Részletesen vizsgáltuk a vegyületek brómozási lehetőségeit N-bróm-szukcinimiddel. Kiváló szelektivitású és termelésű szintézist dolgoztunk ki az α-, α -helyzetben szubsztituált dibrómszármazékok előállítására. A kidolgozott módszerrel többéle pirrol származék is szerektíven brómozható (2. ábra). A halogénezett származékokból bróm/lítium kicserélési reakción keresztül különböző elektrofilekkel (pl.: CO 2, benzofenon) történő reakcióban többféle származékot is előállítottunk. 2. ábra Kísérleteket végeztünk a foszfán származékok borán komplexeinek előállítására is. Nagy stabilitásuk miatt e vegyületek könnyebben kezelhetőek, valamint tisztíthatóak, mint a nem komplexált foszfánok. Vizsgáltuk a komplexek fémorganikus úton történő továbbalakítását, a második brómatom új funkciós-csoportra való cseréjét. A kutatást a Richter Gedeon Nyrt. támogatásával végezzük. 204

205 ÚJ INDOLOIZOKINOLIN-, ILLETVE INDOLOBENZAZEPIN- SZÁRMAZÉKOK SZINTÉZISE Sas Judit 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Gyógyszerkémiai Intézet, 6720 Szeged, Eötvös u. 6. A módosított Mannich-reakcióban egy aktivált C-H kötést tartalmazó elektrondús vegyület, mint az 1-, illetve 2-naftol, ammónia vagy egy amin, valamint egy aldehid vesz részt. A Gyógyszerkémiai Intézet ezen területen végzett korábbi kutatásai során különböző dihidroizokinolinokat 1-, illetve 2-naftollal, valamint N-tartalmú analógjaikkal reagáltatva, oldószermentes körülmények között, 1-(hidroxinaftil)-tetrahidroizokinolin-, 1- (hidroxikinolil)-tetrahidroizokinolin-, illetve 1-(hidroxiizokinolil)-tetrahidroizokinolinszármazékokat állítottak elő jó termeléssel [1,2]. Ezen munkák alapján célul tűztük ki a reakció azon kiterjesztését, melyben elektrongazdag aromás vegyületként az indol vesz részt. R 2 R 2 NH NH R 1 R 2 R 2 N N H R 1 N NH NH R 1 R 1 = H, COOH R 2 = H, OMe Elsőként az indolt reagáltattuk a 3,4-dihidroizokinolinnal különböző reakciókörülmények (mikrohullámú/klasszikus hőközlés, oldószer/oldószermentes) között. A várt 1-(indol-3-il)-1,2,3,4-tetrahidroizokinolint a legjobb termeléssel mikrohullámú besugárzást alkalmazva izoláltuk. Az optimalizált reakciókörülmény alkalmazásával a szintézist kiterjesztettük más gyűrűs iminek, úgy, mint a 6,7-dimetoxi-3,4- dihidroizokinolin, valamint 4,5-dihidro-3H-benz[c]azepin alkalmazására. A reakció további kiterjeszthetőségének vizsgálata érdekében az indol-2-karbonsavat ekvivalens mennyiségű 3,4-dihidroizokinolinnal, 6,7-dimetoxi-3,4-dihidroizokinolinnal, illetve 4,5-dihidro-3H-benz[c]azepinnel reagáltatva a megfelelő új, 3-szubsztituált indol-2- karbonsav-származékokat izoláltuk. Irodalom: [1] Szatmári, I.; Lázár, L.; Fülöp, F. Tetrahedron Lett. 2006, 47, [2] Szatmári, I.; Fülöp, F. Synthesis 2011,

206 HALOGÉNNEL HELYETTESÍTETT VINDOLIN-SZÁRMAZÉKOK REAKCIÓI Gyenese Judit 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8. A kutatócsoportban korábban már szintetizálták a vindolin 16-os helyzetben aminosavakkal kapcsolt származékait. Ezek közül a 10-brómvindolin triptofánnal összekapcsolt származéka jelentős daganatellenes hatást mutatott. A szerkezet-hatás tanulmányozása céljából feladatom olyan új vindolinszármazékok szintézise volt, melyek az aromás gyűrűn nem tartalmaznak halogén helyettesítőt. Ebből a célból kísérleteket végeztem a vindolin 10-es helyzetében védőcsoport-funkciót képviselő különféle halogén-helyettesítők eltávolítására. 10 H N OH H 3 CO N CH 3 H 16 CONH OH COOCH 3 H N H Az előadásban bemutatjuk a téma irodalmi hátterét, valamint beszámolunk a szintézis menetéről. 206

207 N-ACETILNEURAMINSAV TARTALMÚ FULLERÉNSZÁRMAZÉKOK SZINTÉZISE Hadházi Ádám 1, Borbás Anikó 1, Tollas Szilvia, Herczegh Pál 1 1 DEOEC Gyógyszerészi Kémiai Tanszék; Debreceni Egyetem, Pf 70, 4010 Debrecen Az Influenza vírus felületén található hemagglutinin nevezetű fehérje felelős a vírusgazdasejt közötti kapcsolat kialakításáért, míg a kórokozó neuraminidáz (szialidáz) enzime kvázi az ellentétes folyamatot katalizálja az N-acetilneuraminsav D-galaktóz közötti O- glikozidos kötés hasításával. A fertőzés elleni védekezés egy lehetséges módját képezheti olyan sejtfelszíni szénhidrát-mimetikumok előállítása, melyek a kötőhely funkcióján kívül, olyan apoláris molekularészt jelen esetben fullerént is tartalmaznak, melyek aggregációs tulajdonságuk révén gátolják a vírus szaporodását. Célul tűztük ki az 1. ábrán mellékelt cukor-fullerén származék, valamint azzal analóg vegyületek előállítását. Munkánk során sikeresen előállítottuk a tervezett építőelemeket, melyekhez a tiol-addíció, a Prato- [1] és a Bingel-reakció [2] kombinációját alkalmaztuk. 1. ábra Irodalomjegyzék: [1] A. M. Alonso, C. Sooamber and M. Prato, Org. Biomol. Chem. 2006, 4, [2] Bingel, Carsten, Chemische Berichte 1993, 126,

208 ÖSZTRÁNVÁZAS D-HOMO VEGYÜLETEK SZINTÉZISE ÉS ANTIPROLIFERÁCIÓS VIZSGÁLATA Szabó Johanna 1, Mernyák Erzsébet 1, Wölfling János 1, Schneider Gyula 1, Minorics Renáta 2, Bózsity Noémi 2, Zupkó István 2 1 Szegedi TudományegyetemTermészettudományi és Informatikai Kar Szerves Kémiai Tanszék H-6720, Dóm tér 8. 2 Szegedi Tudományegyetem Gyógyszerésztudományi Kar Gyógyszerhatástani és Biofarmáciai Intézet H-6720 Szeged, Zrínyi u. 9. Munkánk során 3-as helyzetben benzil védőcsoportot tartalmazó szekoaldehidből (2) kiindulva előállítottuk annak oxidált (3) és redukált (4) származékát, illetve hattagú D- gyűrűt (5) hoztunk létre. A karbonsav származékot (3) Jones-oxidációval, a hidroxil csoportot tartalmazót (4) KBH 4 -es redukcióval, az -telítetlen ketont (5) intramolekuláris Prins reakciót követő Jones-oxidációval (1. ábra). A gyűrűs vegyületet (5) ezután addíciós reakcióba vittük és telítettük. A szeko szteroidok oldalláncait különböző elektrofil reagensekkel gyűrűvé zártuk (2. ábra). A hattagú, 16-os szénatomon szubsztituált ösztronszármazékok a karbonsavból (3) sztereoszelektíven képződtek, azonban az alkoholból (4) 2-2 sztereoizomer alakult ki (6-8). A szteránvázas vegyületek biológiai hatása közismert. Módosításuk az alapvegyület hatását megváltoztathatja. Így olyan származékokká alakíthatók, amelyek a gyógyászat legkülönbözőbb területein alkalmazhatók. Az általunk szintetizált vegyületek antiproliferációs vizsgálatra kerültek. Az in vitro kísérleteket a SZTE Gyógyszerhatástani és Biofarmáciai Intézetében végezték. Vizsgálatainkat öt sejtvonalon (HELA, MCF7, A431, A2780, Ishikawa) végezték, MTT assay segítségével. A hatásosnak bizonyult vegyületeket további kísérleteknek vetették alá, amelyben meghatározták ezen anyagok dózis-hatás görbéit, illetve hogy hogyan hatnak egészséges sejtekre (fibroblast). 208

209 1.ábra H 2 C OH O 4 O O H O OH O O O O O 5 2.ábra O O O O 6 OH O O 5 O H 2 C OH 7 O O O O 4 O OH O 8 C X H 2 X -CH 2 I -CH 2 Br -CH 2 SePh 3 209

210 210

211 ANYAGTUDOMÁNY II. 211

212 212

213 A KÉN HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA A CCVD SZINTÉZISSEL ELŐÁLLÍTOTT SZÉN NANOSTRUKTÚRÁK SZERKEZETÉRE Kecenovic Egon 1, Fejes Dóra 1, Dr. Hernádi Klára 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék Negyed évszázada nagy meglepetést okozott a tudományos világban a fullerének felfedezése, a szén kémiának egy új ágát nyitotta meg, mely a 90-es évek elején tovább bővült a szén nanocsövek családjával Iijimának köszönhetően. Az azóta eltelt 20 évben igen intenzív kutatások folytak ezen szén nanocsövek előállítása és felhasználása terén, mivel nagyon kedvező mechanikai, elektromos és hővezető tulajdonságai vannak. A manapság három előállítási módszer népszerű, a lézeres technológia, a plazma technológia, és a szénhidrogének gőzfázisú katalitikus bontása (CCVD - Catalytic chemical vapor deposition). Mindháromnak megvannak az előnyei és a hátrányai, főképp a működtetési költség és a kapott minőség között ingadozva. A CCVD eljárás tartozik az olcsóbban kivitelezhető eljárások közé, hátránya, hogy a kapott nanocsövek sok hibahelyet tartalmaznak. Viszont a CCVD eljárás nem csak a nanocső szintézisnél használható fel a szén kémiában. Jó példa erre Motojima kutatása [1], ő munkája során szén nano és mikrotekercseket szintetizál CCVD eljárással úgy, hogy a szénforrásként szolgáló acetilén mellé valamilyen kéntartalmú vegyületet (legtöbbször kénhidrogént vagy tiofént) juttat a rendszerbe. Ez a munka inspirálta kutatásomat. Kíváncsi voltam, lehet-e hasonló eredményeket elérni, ha a kén in-situ már a katalizátorban van, így nem kell a kéntartalmú vegyületeket külső forrásból bejuttatni. Ehhez fémszulfidokból (Ni, Fe, Co szulfidok) egy- és kétfémes katalizátorokat készítettem alumínium-oxid hordozón. A szintetizált mintákat transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) vizsgáltuk. Eredményként szén nanocsöveket és szabálytalan nanoszálakat kaptunk. Végeztem kísérleteket a szintézis közben tiofén bevitelével is, itt olyan katalizátorokat próbáltam, amelyek tiofén nélkül már bizonyítottak a szén nanocső szintézis terén. A kapott eredmények a nikkel esetén hoztak meglepetést. Hasonló nanoszálak keletkeztek, mint a szulfid katalizátoros mintáknál, viszont ezek a nanoszálak szoros, hosszú kötegekké rendeződtek (1.ábra). 213

214 1. ábra: szén nanoszál kötegek A tiofén bevezetését Motojima kísérletéhez hasonlóan Ni, és NiO nanorészecskéken való szintézisnél is próbáltam. Az eredmény ismét meglepő volt: két különböző struktúrájú szénformát különítettünk el a mikroszkópos képek alapján, kisebb százalékban szén miktrotekercs, nagyobb százalékban pedig egy számunkra ismeretlen szénszerkezet, amelyet mi látszólagos képe alapján ideiglenesen megtöltött szén nanocsőnek neveztünk el. Ez utóbbi szénforma a szálon belül periodikusan ismétlődő csőszerű és töltöttnek látszó nanocső szakaszokból áll (2. ábra). 2. ábra: töltöttnek látszó nanocső átfordulása Az elméletünk ezzel a struktúrával kapcsolatban az volt, hogy egy kereszt alakú keresztmetszettel rendelkező szénszállal van dolgunk, amely közben csavarodik. Ez a csavarodás idézné elő a látszólagos periodikus változást. Az elmélet bizonyítására Delphi 2009 programfejlesztői környezetben készítettem egy szoftvert, amely egy általunk megadott keresztmetszetformára szimulálja azt, hogy hogyan nézne ki egy ilyen keresztmetszetű szén struktúra a transzmissziós elektronmikroszkóp alatt. Ennek segítségével modelleztük elméletünket. Irodalomjegyzék: [1] S. Motojima, X. Chen, Bull. Chem. Soc. Jpn. Vol. 80, No. 3, (2007) 214

215 In 2 O 3 /MWCNT NANOKOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA Berki Péter 1, Németh Zoltán 1, Hernádi Klára 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék 6720, Szeged, Rerrich Béla tér 1. Napjainkban a szén nanocső alapú nanokompozitok felhasználási lehetőségei igen széleskörűen vizsgáltak. Munkánk során In 2 O 3 /MWCNT nanokompozitokat állítottunk elő egy egyszerű impregnálási módszer segítségével. Mivel a szakirodalomban számos eltérő adat fellelhető arra vonatkozóan, hogy az indium-oxid (In 2 O 3 ) kristályok mekkora hőmérsékleten és formában képződnek, így tisztázni akartuk azt is, hogy a hőkezelés miként hat az In 2 O 3 -kristályok kialakulására, és morfológiájára. Abból kiindulva, hogy a többfalú szén nanocsővek (MWCNT) 500 C-tól kezdenek el égni, azt a legalacsonyabb kalcinálási hőmérsékletet kerestük, amely még elegendőn nagy ahhoz, hogy In 2 O 3 /MWCNT nanokompozit alakuljon ki. Munkánk során azt is vizsgáltuk, hogy az előállítás során kapott nanokompozitok csupán mechanikai keverékek, vagy kémiai kapcsolat is kialakult az In 2 O 3 és a MWCNT között. A szén nanocsövek felületi borításának kialakításához indium-(iii)-kloridot (InCl 3 ) használtunk perkurzorként, és desztillált vizet oldószerként. Az előállítás során alkalmazott tömegarány 4:1 (In 2 O 3 :MWCNT) volt, a minták kalcinálását különböző hőmérsékleteken is elvégeztük: 300 C, 350 C, és 400 C-on egyaránt. A kapott termékek vizsgálatához és jellemzéséhez röntgenkrisztallográfot (XRD), Raman-mikroszkópot, valamint transzmissziós- (TEM) és pásztázó elektronmikroszkópot (SEM) használtunk, valamint az átfogó elemzés érdekében InOCl és In 2 O 3 -referenciamintákat is készítettünk. A nanocsövek felületén kialakult szervetlen réteg átlagos vastagságának, valamint a létrejött indium-oxid részecskék átlagos méretének kiszámítását a Scherrer-formula és az ImageJ-program segítségével is egyaránt elvégeztük. Eredményeink azt mutatják, hogy a kalcinálás hőmérséklete nagymértékben befolyásolja az előállított nanokompozitok morfológiáját és kristályszerkezetét. Az előállított mintákról készítettet TEM és SEM (1.ábra) felvételek alapján kijelenthető, hogy a 300 C-on hőkezelt minta esetében a szén nanocsövek felületén egy homogén, szervetlen réteg alakult ki. Az XRD- és a Raman-analízis egyaránt alátámasztotta, hogy ez a réteg InOCl-ból képződött a nanocsövek felületén. Ezzel szemben a 350 C-os minta esetében már jól látható módon egyfajta kristályosodási folyamat indult meg, melynek hatására már In 2 O 3 -ból kisebb-nagyobb szervetlen aggregátumok, nanorészecskék, kristálydarabok is létrejöttek. A röntgen-diffraktogrammon, illetve a Raman-spektrumban egyaránt megjelennek az erre vonatkozó csúcsok. Az előbb említett kristályosodási folyamat a 400 C-on kalcinált minta esetében már teljessé vált, szabályos oktaéder alakú In 2 O 3 -kristályok alakultak ki ezt a röntgen- és a Raman-vizsgálatok is alátámasztottak, melyek magukba zárták a szén nanocsöveket. Mindez a mikroszkópos felvételeken (1.ábra) jól látszik, illetve az is, hogy a szén nanocsövek kilógnak az egyes kristályokból, illetve bizonyos kristályokat össze is kötnek egymással, mely jó bizonyítékául szolgál annak, hogy a kapott nanokompozitok nem csak az anyagok mechanikai keveréke, hanem tényleges kémiai kölcsönhatás is kialakult köztük. 215

216 Az általunk előállított szén nanocső alapú kompozitanyagok ígéretes jelöltek lehetnek, mint jövőbeli gáz-szenzorok illetve katalizátorok. 1. ábra: A 300 C (a), a 350 C (b), és a 400 C-on (b) hőkezelt kompozit-minták SEM felvételei a b c 216

217 SNO 2 /MWCNT NANOKOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS ÖSSZEHASONLÍTÓ ELEMZÉSE Pállai Zoltán 1, Németh Zoltán 1, Dr. Hernádi Klára 1 1 SZTE TTIK Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék 6720, Szeged Rerrich Béla tér 1. Az Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék laboratóriumaiban régóta foglalkoznak szén nanocsövek előállításával és alkalmazhatóságainak vizsgálatával. A szén nanocsövek (MWCNT) kiváló mechanikai és elektronikai tulajdonságokkal rendelkeznek ezért széleskörűen alkalmazhatóak kompozit alapanyagként vagy gáz szenzoros vizsgálatokban. Ismeretes, hogy a többfalú szén nanocsövek tulajdonságait kedvezően befolyásolhatjuk egy a felületen kialakított szervetlen fém-oxid bevonattal. Az így előállított ún. nanokompozitokat napjainkban széleskörűen alkalmazzák. Tudományos munkám keretében a feladatom ón-dioxid (SnO 2 ) többfalú szén nanocső nanokompozitok előállítása és vizsgálata volt. Az SnO 2 egy n-típusú félvezető, és ez az egyik legfontosabb gáz szenzorként használt anyag a különböző gyúlékony és mérgező gázok kimutatásában. Az SnO 2 /MWCNT nanokompozitokat két különböző szintézis módszerrel állítottuk elő, melyek az impregnálás és a hidrotermális szintézis voltak. Az előállítás során vizsgálni kívántuk az oldószer anyagi minőségének hatását: az általunk használt oldószerek a víz és az etanol voltak. A szintézis során keletkező ón-dioxid rétegek kialakítását SnCl 2 2H 2 O prekurzor alkalmazásával végeztük. A nanokompozitok előállítása során az SnO 2 /MWCNT mintákban vizsgáltuk a tömegarány hatását a kialakuló szervetlen réteg minőségére. Az általunk vizsgált nanokompozitokban a MWCNT:SnO 2 tömegarányok 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64 voltak. Az elkészített mintákat transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) és pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) vizsgáltuk. A kialakult szervetlen réteg hőkezelés során kialakult kristályosságát és összetételét röntgendifrakcióval (XRD), energia diszperzív röntgen spektroszkópiával (EDX) és Raman spektroszkópiával elemeztük. Vizsgálataink során megállapítottuk, hogy a nanokompozitok előállítása mindkét módszerrel sikeres volt, de a kapott termékek minősége és szerkezete jelentősen eltér, tehát a szintézis módszer megválasztása alapvető fontosságú a SnO 2 /MWCNT nanokompozitok előállítása során. Az általunk alkalmazott eljárások közül a hidrotermális szintézis szolgáltatta a legjobb eredményeket (1. ábra). A jövőben egy nemzetközi kooperáció keretein belül az előállított termékek gáz szenzorként történő tesztelését kívánjuk megvalósítani. 217

218 ábra: SEM kép: hidrotermális MWCNT/SnO 2 1:64

219 ÓN-DIOXID TITÁN-DIOXID / TÖBBFALÚ SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS FOTOKATALITIKUS VIZSGÁLATA Péter Nóra 1, Réti Balázs 1, Hernádi Klára 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék 6720, Szeged, Rerrich Béla tér Manapság nagyon fontos a vízben és a levegőben található szerves szennyező anyagok eltávolítása, ártalmatlanítása. Gyakorta alkalmaznak nagyhatékonyságú oxidációs eljárásokat, melyek lényegében a folyamatok során képződő oxigéntartalmú gyökök segítségével bontják el a szennyező anyagokat. Ezen eljárások egyik típusa a heterogén fotokatalízis. Heterogén fotokatalízisről akkor beszélhetünk, ha a szennyezők lebontása a szilárd fázisú, félvezető tulajdonságú katalizátor felületén megy végbe fénybesugárzás hatására. Az alkalmazni kívánt félvezetőnek a következő feltételeknek kell eleget tennie: olcsó könnyen hozzáférhető nagy mennyiségben áll rendelkezésre inert nem mérgező fotostabilis megfelelő helyzetű vegyérték- és vezetési sávval rendelkezik aktív újrahasználható Ezeknek a kitételeknek a titán-dioxid eleget tesz. A titán-dioxid fotokatalízis során való alkalmazásának népszerűségét alátámasztja az ez idáig megjelent több száz cikk a témában. Katalizátorként gyakran kompozit anyagokat alkalmaznak. Kompozitoknak a többkomponensű anyagi rendszereket hívjuk. A gyakorlatban felhasznált kompozitok nagyobb hatékonyságot mutatnak, mint az egyes alkotók külön-külön. Az Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék kutatócsoportjában évek óta folynak olyan irányú vizsgálatok, amelyek különböző szén nanocső alapú kompozitok előállításával és ezeknek a felhasználásával foglalkozik. Az egyik lehetséges alkalmazási terület a fotokatalízis. Munkám során ón-dioxid titán-dioxid/többfalú szén nanocső kompozitok előállításával és fotokatalitikus vizsgálatával foglalkoztam. Különböző mol arányú SnO 2 -TiO 2, illetve SnO 2 -TiO 2 / 10 tömeg% MWCNT kompozitokat állítottunk elő savkatalizált szol-gél eljárással, SnCl 2 2H 2 O és Ti(IV)-izopropoxid prekurzorokból, 219

220 illetőleg funkcionalizált MWCNT-ből kiindulva. A minták 400 C-on történő, 4 óráig tartó hőkezelése során kaptuk meg a fotokatalitikusan aktív oxidokat. Vizsgálni kívántuk a kompozitok hatékonyságát az összetétel függvényében a heterogén fotokatalitikus reakciókban a referenciaként alkalmazott általunk előállított TiO 2 -hoz képest. Továbbá célunk volt megállapítani, hogy a szén nanocsövek milyen hatással vannak a vizsgált anyagok fotokatalitikus aktivitására. Az elkészített minták morfológiáját transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) vizsgáltuk. A hőkezelés során kialakult kompozitok kristályosságát és összetételét röntgendiffrakcióval (XRD) analizáltuk. A fotokatalízis során bontandó anyagként egy heterociklusos, aromás vegyületet a metilénkéket használtuk, melynek a reakció során bekövetkezett koncentráció változását UV-Vis spektrofotometriás mérésekkel követtük nyomon. A mintákról hőkezelés után felvett XRD spektrumok alapján megállapítottuk, hogy sikerült szintetizálni az oxidokat. A TEM felvételek alátámasztják, hogy a szén nanocsövek felületén megtalálhatóak az SnO 2 -TiO 2 részecskék. Vizsgálataink alapján megállapítottuk, hogy a katalizátorok hatásfoka minden esetben jobbnak bizonyult a metilénkék bontása során a referenciaként alkalmazott összetételű mintához képest. A legnagyobb teljesítményt, mind a szén nanocsöveket nem tartalmazó, mind a szén nanocsöveket tartalmazó minták esetén a mol arányú mintáknál tapasztaltuk. Megállapítottuk, hogy a szén nanocsövek jelenléte az összes katalizátor esetében növeli a fotokatalitikus reakció során mutatott aktivitást a szén nanocsövet nem tartalmazó mintákhoz képest. 220

221 A SZÁRÍTÁS MÓDJÁNAK HATÁSA A Ca 2 Al-RÉTEGES KETTŐS HIDROXID (Ca 2 Al-LDH) SZERKEZETÉRE ÉS KÍSÉRLET GLÜKONÁTIONOKKAL INTERKALÁLT Ca 2 Al-LDH ELŐÁLLÍTÁSÁRA Tóth Viktor 1, Sipiczki Mónika 1, Pallagi Attila 1, Sipos Pál 1, Pálinkó István 2 1 SZTE Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7 2 SZTE Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8 Az együttes lecsapás módszerével Ca 2 Al-réteges kettős hidroxid mintákat állítottunk elő úgy, hogy a rétegközi tér karbonátion-tartalmát és a kapott szilárd anyagok szárításmódját változtattuk. A minták jellemzése (röntgendiffraktometria, pásztázó elektronmikroszkópia) során kiderült, hogy a szárítás módja befolyásolta a kapott réteges kettős hidroxidok részecskeméretét. A glükonátionok interkalációját is megkíséreltük, amelynek sikerességéről egyelőre nem tudtunk egyértelmű bizonyítékot adni. Bevezetés A réteges kettős hidroxidokat (elfogadott rövidítésük LDH, ami az angol "layered double hydroxide" kifejezésből származik) a 19. században fedezték fel és azóta nagyszámú képviselőjüket állították elő. Szerkezetük a brucit [Mg(OH) 2 ] felépítéséhez hasonlít és ebből is származtatható, mégpedig úgy, hogy a Mg 2+ -ionok egy részét háromértékű fémionokra cseréljük. A rétegek pozitív töltéstöbblettel rendelkeznek, amelyet a rétegek közt elhelyezkedő anionok kompenzálnak. Az LDH-k rétegeit alkotó kétértékű fémionok általában magnézium(ii)-, kalcium(ii), nikkel(ii) és vas(ii)-ionok, a háromértékűek pedig pedig alumínium(iii)- és vas(iii)-ionok szoktak lenni, de ezeken felül még nagyszámú, változatos összetételű réteges kettős hidroxidot írtak már le [1,2]. A rétegek közti távolság általában 0,6 1 nm között változik, de nagyméretű szerves anionokkal történő kitámasztás esetén ennek többszöröse is elérhető. A réteges kettős hidroxidok széles körben felhasználhatók. Alkalmazhatók biológiailag aktív molekulák hordozójaként például a gyógyszeriparban, valamint katalizátorként és katalizátorhordozóként is [3]. Jelen kutatásunk középpontjában a Ca 2 Al-LDH, azaz a hidrokalumit áll, ami egy fontos köztitermék a Bayer-eljárásban. A folyamat során Al 3+ -ot és NaOH-ot nyernek vissza úgy, hogy közben az LDH-ból CaCO 3 képződik. További jelentősége ennek a réteges kettős hidroxidnak az, hogy az oldatban jelenlévő szerves és szervetlen anionok a rétegek közé be tudnak épülni (interkalálódni), valamint a külső felületére huminsavak tudnak adszorbeálódni, ezáltal a technológiai folyamat számára kedvezőtlen vegyületek eliminálhatók. Az interkalált réteges kettős hidroxidokat háromféleképpen szokták előállítani: (i) együttes lecsapással, (ii) dehidratációs-rehidratációs eljárással, illetve (iii) közvetlen ioncserével. A leggyakrabban alkalmazott módszer az együttes lecsapás [4]. Munkánk során mi is ezt a módszert alkalmaztuk. A folyamat során elkészítjük a két- és háromértékű fémionok sóinak a meghatározott összetételű oldatát, majd a ph növelésével kicsapjuk a 221

222 kettős hidroxidot, amelynek képződésével párhuzamosan a rétegek közé beépülnek a rendszerben lévő anionok is. A jelen projekt egyik célja az, hogy kiderítsük, milyen hatással vannak a különböző szárítási technikák az általunk előállított minták szerkezetére, valamint az, hogy megismerjük a nátrium-glükonát hatását mintáinkra. Kísérleti rész A kísérletek első lépéseként előállítottunk négy különböző összetételű Ca 2 Al-LDH-t. Minden minta esetében a Ca 2+ -ion és az Al(OH) 4 mólaránya 2:1 volt, a többi összetevő mennyiségét pedig szisztematikusan változtattuk. Az összetétel szerint a mintákat következőkben A, B, C és D-vel fogom jelölni. Az A minta esetében CaCl 2 -t alkalmaztunk Ca 2+ -forrásként. A B minta (vagy hemicarb-ca 2 Al-LDH) esetében szintén CaCl 2 használtunk, de a két- és háromértékű fémionok sóit tartalmazó oldathoz Na 2 CO 3 -t adagoltunk úgy, hogy az Al(OH) 4 és CO 2 3 0,5:1 mólarányban legyen jelen. A C minta (vagy karb-ca 2 Al-LDH) összetétele megegyezett a B minta összetételével, azzal a különbséggel, hogy az Al(OH) 4 és CO 2 3 mólaránya 1:1 volt (karbonátos LDH). A D összetétel esetén CaCl 2 helyett Ca(OH) 2 -t alkalmaztunk. A Ca(OH) 2 -t hevített CaO és víz reakciójával állítottuk elő. A szintézis során az összeállított törzsoldatok tartalmazták a NaOH-t, a NaAl(OH) 4 -t valamint a B és C minták esetében az adott mennyiségű Na 2 CO 3 -t. A törzsoldatokat N 2 atmoszféra alatt kevertettük. és hőmérsékletüket vízfürdő segítségével 60±2 C-ra állítottuk be. A törzsoldatokhoz cseppenként adagoltuk a CaCl 2 -oldatot. Az együttes lecsapást követően a mintákat egy hétig kevertettük szobahőmérsékleten majd desztillált vízzel mostuk és ezt követően szűrtük. A szűrés után a mintáink mindegyikét négy részre osztottuk és többféle módszerrel szárítottuk. Az első esetben nem történt szárítás, a méréseket nedves mintákon végeztük. A második esetben a szárítás foszfor-pentoxid fölött exikátorban történt. A harmadik esetben szárítószekrényt használtunk melynek hőmérsékletét 60 C-ra állítottuk be. A negyedik esetben pedig a mintákat liofilizáltuk. A liofilizálást megelőzően mintáinkat le kellett hűteni, ehhez cseppfolyós N 2 -t használtunk. Ezt követően megismételtük a szintéziseket az A, B és C mintáknál alkalmazott összetétel és szintézislépések szerint úgy, hogy mindegyik mintához nátrium-glükonátot (Na-Gluc) adagoltunk. A nátrium-glükonát végső koncentrációja minden esetben 1 g/dm 3 volt. A mosást és szűrést követően a mintákat nem szárítottuk, hanem légmentesen záró mintatartókba helyeztük. A minták szerkezetének jellemzésére porröntgen diffraktometriát (XRD), pásztázó elektronmikroszkópiát (SEM) és infravörös (IR) spektroszkópiát alkalmaztunk. A szomszédos rétegek közti távolságot a röntgendiffraktogram (003) reflexiójához tartozó 2 szög alapján a Bragg-egyenlet felhasználásával számoltuk ki. A diffraktogramokat egy Philips PW1710 készülék segítségével vettük fel 4 /perc szkennelési sebességgel 3 és 6 között. A kristályok morfológiáját elektronmikroskópiás felvételek alapján vizsgáltuk, melyeket egy Hitachi S-4700 pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) készítettünk. A nátrium-glükonát és a karbonátion jelenlétét a mintákban egy BIORAD FTS-65 A/896 típusú, DTGS detektorral felszerelt infravörös spektrofotométerrel segítségével ellenőriztük. Egy spektrumot 256 szkenből állítottunk elő. A felbontás 2 cm -1 volt. A 222

223 spektrumok alapvonal-korrekciójához és a szükség szerinti simításokhoz a WIN-IR programcsomagot használtuk fel. Eredmények és értékelésük Nagyszámú Ca 2 Al-LDH-t állítottunk elő, különböző szintézisparaméterek mellett. A szintézisek minden esetben sikeresek voltak. Az LDH-k réteges szerkezete a röntgen diffraktogramokon jól megfigyelhető, ugyanis a réteges kettős hidroxidokhoz tartozó (003), (006) és (009) reflexiók egyértelműen azonosíthatók. Az A módszerrel készített és különböző módszerekkel szárított minták röntgen diffraktogramjai az 1. ábrán láthatók. 1. ábra Az A módszerrel készült és különböző szárítási technikákkal kezelt LDH-k diffraktogramjai. Az LDH-k esetében a diffraktogramokon a legalacsonyabb 2 szögnél megjelenő (003) reflexiót használják a rétegek közti távolság (amibe beleértjük egy Ca 2 Al-réteg vastagságát és a rétegközi tér magasságát) meghatározására a Bragg-egyenlet segítségével. Az 1. táblázat tartalmazza az A, B, C, és D módszerrel előállított minták rétegtávolságait is. 1. táblázat Az A, B, C és D módszerrel és különféle módon szárított Ca 2 Al-LDH minták rétegvastagságai (nm). A módszer B módszer C módszer D módszer nedves 0,80 0,79 0,78 0,82 exikátorban szárított 0,77 0,78 0,78 0,75 60 C-on szárított 0,77 0,78 0,77 0,81 liofilizált 0,78 0,74 0,76 0,81 223

224 A Scherrer-egyenlet alapján a részecskék átlagos átmérője és a reflexió félérték szélessége közt fordított arányosság áll fent. Az 1. ábrán látható minták diffraktogramjain ránézésre is észrevehető, hogy a részecskék átlagos mérete a különböző szárítási folyamatok során jelentősen csökken. Ezért a későbbiekben előállított minták diffraktogramjait szárítás nélkül vettük fel. A pásztázó elektronmikroszkóppal készült felvételek (2. ábra) megmutatják az előállított minták morfológiáját. 2. ábra Az A módszerrel előállított mintáról készült SEM felvételek: a) szeres nagyítás mellett, b) szeres nagyítás mellett. a) b) A SEM felvételeken jól látható a réteges kettős hidroxidokra jellemző hatszöges lamellás szerkezet. Az A, B és C módszerrel készített, glükonátot is tartalmazó minták diffraktogramjai a 3. ábrán látható. 3. ábra Az A, B és C összetételű, glükonátot is tartalmazó minták diffraktogramjai A glükonátion a Ca 2+ -ionokkal komplexet képez lúgos közegben, így kristályosítási méregként viselkedik. A diffraktogramokon jól megfigyelhető a (003), (006) és (009) 224

225 reflexió, azaz Ca 2 Al-LDH kikristályosodott, bár a részecskeméret jelentősen csökkent. A (003) reflexiók elhelyezkedéséből és az ebből számolt rétegtávolságokból nem derül ki, hogy a glükonátion interkalálodott-e a rétegek közé, mivel a rétegtávolságok csak kismértékben változtak a glükonátiont nem tartalmazó kristályok rétegtávolságaihoz képest. 4. ábra Az A, B és C összetételű, glükonátiont is tartalmazó minták IR spektrumai. Sajnos az IR spektrumok sem adnak választ arra, hogy vajon a glükonátionok interkalálódtak-e valamelyik hidrokalumit minta rétegei közé, így a kérdés végeleges megválaszolása előtt még további kísérletezés szükséges. Összefoglalás A különféle összetételű Ca 2 Al-LDH mintákkal végrehajtott kísérleteink során az volt a tapasztalatunk, hogy a különböző szárítási eljárások során a mintákban a részecskeméret változott, ezért a minták diffraktogramjait nedves állapotban érdemes felvenni. Továbbá azt tapasztaltuk, hogy a nátrium-glükonát nem befolyásolta érzékelhető mértékben a Ca 2 Fe- LDH képződését, ugyanakkor sem a röntgendiffraktogramok, sem az IR spektrumok alapján nem tudjuk megmondani, hogy sikeres volt-e a glükonátionok interkalációja. Irodalomjegyzék [1] F. Cavani, F. Trifiro, A. Vaccari, Catal. Today 11 (1991) 173. [2] D.G. Evans, R.C.T. Slade, Struct. Bond. 119 (2006) 1. [3] I. Pálinkó in: Nalwa HS (ed) Encyclopedia in nanoscience and nanotechnology. American Scientific Publishers, Los Angeles, 2011, p [4] S. Miyata, Clays Clay Miner. 28 (1980)

226 226

227 KOLLOID KÉMIA 227

228 228

229 BIFUNKCIÓS SZILIKA NANORÉSZECSKÉK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS JELLEMZÉSE Pálmai Marcell 1, Nagyné Naszályi Lívia 1, Mihály Judith 1, Varga Zoltán 1, Tárkányi Gábor 2, Lőrincz András 1, Szigyártó Imola Csilla 1, Kiss Teréz 1, Kremmer Tibor 1, Bóta Attila 1 1 Magyar Tudományos Akadémia, Természettudományi Kutatóközpont (MTA-TTK), Molekuláris Farmakológia Intézet, Biológiai Nanokémia Osztály 2 Szerves Kémiai Intézet, Szerkezetkémiai Osztály, NMR Laboratórium (MTA-TTK) H-1025 Budapest, Pusztaszeri út Egy új, egyszerű és környezetbarát módszert dolgoztunk ki 20 és 50 nm átmérőjű Stöber szilika nanorészecskék felületmódosítására. Első lépésben, 3-aminopropil(dietoxi) metilszilánnal (APDEMS) módosítottuk a felületet, majd az aminopropil csoportok egy részét négyszögsavval, négyszögsav-dietilészterrel és fluoreszcein-izotiocianáttal reagáltattuk. A reakció-körülmények megfelelő megválasztásával megakadályoztuk a felületmódosítószer polikondenzációját, és megőriztük a szol stabilitását. A kapott bifunkciós szilika monodiszperz és stabilis legalább 2 hónapig. 1. ábra: Aminopropil és bifunkciós szilika nanorészecskék szintézise A részecskék in vitro citotoxicitását Cell Titer Glo luminescens módszerrel vizsgáltuk. Az eredmények nem mutatnak jelentős toxicitást a fiziológiailag releváns koncentráció tartományban. A részecskék minőségi jellemzését transzmissziós elektronmikroszkópiával (TEM), dinamikus fényszórás (DLS) és zetapotenciál méréssel, Fourier-transzformációs infravörös (FTIR), ultraibolya-látható (UV-Vis), 13 C és 29 Si mágneses magrezonancia spektroszkópiával és kisszögű röntgenszórással (SAXS) végeztük. Az előállított bifunkciós szilika nanorészecskék alkalmasak két különböző vegyület megkötésére így felhasználhatók hatóanyagok célzására vagy nyomon követésére. 229

230 ANTROPOGÉN SZERVES SZENNYEZŐK MEGKÖTŐDÉSE VÍZBEN OLDOTT HUMUSZANYAGOKON Rádi József 1, Tóth Zoltán 1, Marton Aurél 1, Földényi Rita 1 1 Föld- és Környezettudományi Intézeti Tanszék, Pannon Egyetem, Veszprém BEVEZETÉS A szerves szennyezőanyagok a környezetbe kerülve kölcsönhatásba lépnek az oldott szerves anyaggal (DOM, dissolved organic matter), a talaj szerves anyagaival (SOM, soil organic matter) [1,2] és a talaj szervetlen komponenseivel [3,4]. A DOM és SOM összetételének és funkcióinak alakulásában a humuszanyagok (M) döntő szerepet játszanak [5]. Egy adott szennyezőanyag sorsa a környezetben nagymértékben függ az adszorpciós tulajdonságaitól, mely sztatikus egyensúlyi kísérletekkel vizsgálható laboratóriumban [6]. Az oldott természetes makromolekulás kolloid méretű részecskék (M) megváltoztathatják az antropogén szennyező molekula (X) oldhatóságát, mozgékonyságát, biológiai hozzáférhetőségét, toxicitását és a bomlási sebességét a vizes fázison belül [7,8]. Ezért a szerves szennyező molekulák és természetes kolloidok közötti kölcsönhatások vizsgálatára az egyensúlyi dialízis (ED) [9,10] egy jó módszer lehet. Vizsgálataink célja a huminsav makromolekula (M) és a szennyező felületaktív xenobiotikum, a cetil-pirídinium-klorid (X) közötti kölcsönhatások tanulmányozása és egy olyan módszer fejlesztése, melyben a zavaró hatások mértéke minimális, miközben a megkötődés mechanizmusa jól szabályozható marad. Megfelelően kiválasztott kísérleti körülmények mellett az ED technika lehetővé teszi számunkra, hogy a szabad (nem kötődött) X speciesz koncentrációját meghatározzuk anélkül, hogy a megkötődés egyensúlyát megzavarnánk. A kölcsönhatásra formálisan a következő egyensúlyi reakció írható fel: M + X = MX, amelynek egyensúlyi állandója az ún. kötődési állandó (binding constant): K = [MX] / ([M]. [X]). A K érték fontos információt nyújt az antropogén szennyezők (növényvédőszerek, felületaktív anyagok, gyógyszerek) vízben való viselkedésének előjelzésére és összehasonlítására. ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK Az egyensúlyi dialízis (ED) vizsgálatokat Spectrum Laboratories gyártmányú 20- cellás egyensúlyi dializátor készülékkel végeztük. A módszerfejlesztés során meghatároztuk a releváns kísérleti körülményeket: ED membrán típusa és pórusmérete, ph, optimális huminsav koncentráció (C M ), cetil-piridínium-klorid koncentráció-tartománya (C X ), az egyensúly stabilizálódásához szükséges idő valamint a xenobiotikum esetleges adszorpciója az ED membránon. Jelen munkában cetil-piridínium-kloridot (1. ábra) vizsgáltuk. 230

231 1.ábra: Cetil-piridínium-klorid molekula A kísérlethez szükséges cellulóz membránoknak (Kelly s, Hungary) a TOC mérések és a fotometriás mérések eredményei alapján magas volt a szerves anyag kioldódása, ezért előkezelésre volt szükség. A 47 mm átmérőjű membránokat desztillált vízben áztattuk (2óra), hogy a vízoldható tartósítószerektől és szerves anyagoktól megtisztítsuk. A vizsgálandó nátrium-humát (Roth+Co, Karlsruhe, Germany) tartalmazott kisebb, fulvosav méretű molekulákat, melyek a membránon átjutva zavarták az analízist. Ezért a nátriumhumátot elődializáltuk membráncsőben, mely során a többszöri külső oldatcsere teljesen lecsökkentette a fulvosav arányát. A nátrium-humát széntartalmát TOC analizátorral (Thermo Electron Corporation, TOC TN-1200) határoztuk meg az elődialízis után: g C /L. Elkészítettük a megkötődési izoterma felvételéhez szükséges cetil-piridínium-klorid oldatsorozatot ( mol/l mol/l). A ph-t az összes vizsgálandó oldatban 7.0-ra állítottuk 0.1 mol/l koncentrációjú HCl (Carlo Erba, Italy) és 0.1 mol/l koncentrációjú NaOH (Spectrum 3D, Hungary) használatával, majd 4 ml mintát injektáltunk a megfelelő félcellába és lezártuk azt. A cellákat az ED készülékbe helyeztük és vízfürdőben 30 o C-on termosztálva (MLW UH) dializáltuk. Az egyensúly beállásához szükséges idő 24 órának adódott. Ezután a mintákat eltávolítottuk és analizáltuk Varian Cary 50 UV-VIS spektrométerrel (λ = 259 nm). EREDMÉNYEK A cetil-piridínium-klorid molekula cellulóz membránon bekövetkező adszorpciójának meghatározását a 2. ábrán szemléltetjük. A kapott adatokból egy koncentrációfüggő korrekciós faktor számítható, melyet a későbbi eredményeink kiértékeléséhez felhasználtunk (lásd: a 2. ábra jobb oldalán található adatokat). A mérési pontok illesztéséhez a Langmuir-egyenletet alkalmaztuk: y = ( q T. K. x ) / ( 1 + K. x ). 231

232 2. ábra: CPC molekula adszorpciója a cellulóz membránon Az 3. ábrán a cetil-piridínium-klorid molekula megkötődési izotermáját szemléltetjük nátrium-humát makromolekulás kolloidon. Az izoterma kezdeti szakaszán nagy affinitású telítődési lépcső jelentkezik a CPC és HS közötti erős elektrosztatikus, ionos kölcsönhatások következtében. Az izoterma nagyobb egyensúlyi koncentrációjú szakaszán egy második telítődési lépcső figyelhető meg. Ez a CPC molekula apoláris jellegének és a makromolekulás kolloid polimer (HS) közötti hidrofób kölcsönhatásnak köszönhető. 3. ábra: A CPC nátrium-humáton bekövetkező megkötődését leíró izoterma 232

233 ÖSSZEGZÉS Az elvégzett mérések és kiértékelések alapján elmondható, hogy a kifejlesztett egyensúlyi dialízis (ED) módszer alkalmas a szerves szennyezők és a makromolekulás kolloidok (humuszanyagok) közötti megkötődési folyamatok tanulmányozására. A módszer alapján kiszámítható az egyensúlyi állandó, mely fontos információt nyújt az antropogén szennyezők viselkedésének értelmezéséhez vizes közegben. A 20-cellás ED berendezés nagyszámú mintát képes analizálni párhuzamosan, azonos kísérleti körülmények között, lerövidítve az analízis időtartamát. A CPC nátrium-humáton bekövetkező megkötődését leíró izoterma kezdeti szakasza alapján a bevezetésben ismertetett egyenlettel kiszámított egyensúlyi állandó: K = Ez a nagy affinitású szakasza az izotermának döntően a CPC molekula és a nátrium-humát közti erős elektrosztatikus kölcsönhatások eredménye. A humuszkolloid nagy affinitású helyeinek telítődése után további CPC specieszek kötődése is megfigyelhető hidrofób kölcsönhatások révén. IRODALOMJEGYZÉK: [1] J. Kukkonen, J. Pellinen (1994). Binding of organic xenobiotics to dissolved macromolecules: Comparison of analytical methods, Sci. Total Environ., 152, p [2] K.M. Spark1, R.S. Swift (2002). Effect of soil composition and dissolved organic matter on pesticide sorption, Sci. Total Environ., 298, p [3] W. Stumm (1992). Chemistry of the Solid Phase Interface, Wiley, New York [4] M. B. McBride (1994). Environmental Chemistry of Soils, Oxford University Press, p [5] S.M. Libes (2009). Introduction to Marine Biogeochemistry, Academic Press, Amsterdam, p [6] T. Ertli, A. Marton, R. Földényi (2004). The effect of ph and the role of organic matter in the adsorption of isoproturon on soils, Chemosphere, 57, p [7] H.H. Cho, J.W. Park, C.C.K. Liu (2002). Effect of molecular structures on the solubility enhancement of hydrophobic organic compounds by environmental amphiphiles, Environ. Toxicol. Chem., 21, p [8] F. De Paolis, J. Kukkonen (1997). Binding of organic pollutants to humic and fulvic acids: Influence of ph and the structure of humic material Chemosphere, 34, p [9] N. Hesketh, M.N. Jones, E. Tipping (1996). The interaction of some pesticides and herbicides with humic substances, Anal. Chim. Acta, 327, p [10] J. C. Matthews, J. E. Ekuta, K. D. Drake, C. F. Watson, W. H. Benson (1995). Nature and extent of the interactions of humic acids with water treatment algicide and fungicide, Chemosphere, 30, p

234 EZÜSTTARTALMÚ POLIMER MIKROKAPSZUKLÁK ELŐÁLLÍTÁSA ALGAGÁTLÓ FESTÉKHEZ Szabó Tamás 1, Mihály Judith 1, Sajó István 1, Telegdi Judit 1, Nyikos Lajos 1 1 Magyar Tudományos Akadémia, Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet A vízbe merülő hajótesteken biolerakódás alakul ki, ezt festékadalékokkal (pl. réz, réz-oxid) kerülik el. Ezek az adalékok azonban gyorsan kioldódnak a bevonatból, így a hajózási idény végére a felületre rakódott bioréteg megnövelheti a hajó tömegét, menetellenállását. Ezért az algagátló bevonatot gyakran kell tisztítani, újítani, ami komoly költségtöbblettel jár, egyben az élővizek rézterhelésének nagymértékű növekedéséhez vezet. Célunk elnyújtott, egyenletes biolerakódás-gátló hatást nyújtó adalékanyag kialakítása. Repellensként fémezüstöt alkalmaztunk a rézvegyületek helyett, mivel az ezüst bevált fertőtlenítő, és emlős sejtekre kevésbé káros, mint egyéb nehézfémek, ill. azok sói. Az ezüstpor vagy ezüstvegyületek szintén gyorsan kioldódnak a festékből, ezért a fémet polimer mikrorészecskékbe ágyaztuk, hogy a mátrixból való lassított kioldódással kellő hatékonyság elérése mellett kisebb környezetterhelést érjünk el. AgNP-tartalmú polimer mátrix transzmissziós elektronmikroszkópos képe Az ezüstöt tartalmazó mikrorészecskéket w/o típusú diszperziós polimerizációval állítottuk elő. A vizes fázist zselatin, karbamid, formaldehid és ezüst-nitrát oldata képezte, a diszpergáló fázis pedig lenolaj volt. A zselatinnak és karbamidnak formaldehiddel való együttes térhálósításával párhuzamosan az ionos ezüst Ag 0 nanorészecskévé (AgNP) redukálódott. A termék méretét, méreteloszlását mikroszkóppal, a szerkezeti változásokat Fouriertranszformációs infravörös spektroszkópiával vizsgáltuk. Az AgNP-k méretét, eloszlását transzmissziós elektronmikroszkóppal ellenőriztük (ábra). Mértük a vizes közegben történő Ag + -kioldódást a mikrorészecskékből valamint az ezzel adalékolt festékből. Referenciaként a festékes kísérlet során egyéb ezüstvegyületeket használtunk, a közvetlen kioldódás során 234

235 pedig AgNP-t tartalmazó módosítatlan zselatin mikrorészecskéket. Laboratóriumi körülmények között természetes vízben vizsgáltuk az Ag 0 -tartalmú kompozíció hatékonyságát. Az előállított polimer mikrorészecskék átmérője 10-35µm. A zselatin térhálósodását IR spektrumokkal bizonyítottuk. A polimermátrixban a 20nm-es AgNP-k homogén eloszlásúak. ICP vizsgálatok megmutatták, hogy a festékből a kapszulázott Ag nagyságrendekkel lassabban oldódik ki, mint a mátrixszal nem védett ezüstvegyületek. A közvetlen kioldódási kísérletek a keresztkötéssel létrehozott kompakt szerkezet lassító hatását mutatták. Megfigyeltük, hogy az Ag + kioldódásával párhuzamosan a mikrorészecskéket tartalmazó bevonat hatékonyan gátolja a bio-lerakódást. 235

236 ASZIMMETRIKUSAN POLÁRIS VEGYÜLETEK ADSZORPCIÓJA TERMÉSZETES ADSZORBENSEKEN Tóth Zoltán 1, Földényi Rita 1 1 Pannon Egyetem, Környezettudományi Intézet, 8200, Veszprém Egyetem u. 10. A különböző felületaktív anyagok (tenzidek) használata széles körben elterjedt. Alkalmazásuk főként a különböző fázisok érintkeztetésekor dominál (tisztítószerek, formázószerek, kozmetikai cikkek, olajkitermelés), de egy-egy vegyület specifikus (pl. antibakteriális) tulajdonsága miatt egyéb területeken is gyakorta előfordulnak. Széleskörű elterjedésük miatt számos formában (szennyvíz, hulladék, direkt) és mennyiségben kikerülhetnek a környezetbe. A szennyezővé vált felületaktív anyagok elsősorban a talaj- és vízrendszereket veszélyeztetik, ahol többek között oly módon befolyásolják a természetes (kolloid)rendszerek viselkedését, hogy a szilárd felülethez kötődve (talaj, üledék) teljesen képesek átalakítani annak adszorpciós tulajdonságait. Mindez kihat pl. a talajok alapvető fizikai és kémiai tulajdonságaira (pl. vízmegkötő-képesség, humuszanyagok kioldódása). A munka célja, hogy egy kationos tenzid, a hexadecil-piridínium-klorid (cetilpiridínium-klorid: CPC) és egy anionos formázószer, a Supragil WP (nátrium-diizopropilnaftil-szulfonát) adszorpciós viselkedését tanulmányozza különböző ásvány-, kőzetőrleményeken (talajalkotók) és talajokon. Célunk elérése érdekében sztatikus egyensúlyi kísérleteket hajtottunk végre, amelynek segítségével a fajlagos adszorbeált mennyiséget (q) indirekt módon számítottuk az alábbi egyenlet alapján (c0 ce ) V q m ahol c 0 : az adszorptívum (CPC illetve Supragil) kezdeti koncentrációja, c e : az adszorptívum egyensúlyi koncentrációja, V: az oldat térfogata, m: az adszorbens (talaj illetve talajalkotó) tömege. Az egyensúlyi koncentrációt UV-VIS spektrofotométer segítségével határoztuk meg. Mindkét adszorptívumnál megfigyelhető, hogy a fajlagos adszorbeált mennyiségek jelentős eltérést mutatnak a különböző talajalkotók tekintetében, ahol bizonyos esetekben az izotermán több lépcső megjelenése is tapasztalható. A kationos CPC-vel kapcsolatban megállapítható, hogy az izotermák kezdeti szakasza H-típusú, ami nagy affinitásra utal, míg az anionos Supragil WP esetében az adszorpció hajtóereje a hidrofób kölcsönhatás., 236

237 ANALITIKAI KÉMIA II. 237

238 238

239 KALIBRÁCIÓS MÓDSZEREK VIZSGÁLATA STOPPED-FLOW KÉSZÜLÉKHEZ Ditrói Tamás 1 1 DE Természettudományi és Technológiai Kar, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék A gyors-kinetikai folyamatok tanulmányozására már 80 éve léteznek módszerek, ezek közül az általunk is vizsgált technika a megállított áramlásos, azaz stopped-flow módszer, amely a reaktánsok nagyon gyors áramlással végzett összekeverésén, majd az áramlás megállításán alapul Ez a fajta módszer csekély oldatigényű technika, amely során a reaktánsok keverése 1 milliszekundumos időtartam alatt történik. A készülék is rendelkezik felső méréshatárral: saját mérésünk alapján mintegy 500 s -1 nagyságú elsőrendű sebességi állandójú reakciókig lehet nagy pontossággal mérni. Ennél gyorsabb folyamatok helyes tanulmányozásához azonban korrekcióra van szükség, amelyre már egy 1974-es cikkben felhívták a figyelmet [1]. A korrekcióhoz fontos a készülék megfelelő paramétereinek meghatározása, ezeket kalibrációs mérésekkel végezhetjük. A mérésekhez szükséges reakcióknak több feltételnek is meg kell felelniük, mint például a megfelelő mértékű, jól szabályozható reakciósebesség, egyszerű kiértékelési lehetőség, vagy az egyszerű hozzáférhetőség, kivitelezhetőség. Kalibrációs reakciók széles skálája ismert, vannak hidratációs, redoxireakciós, enzimes folyamaton alapuló módszerek is. Munkám során a készülék kalibrációját végeztem el egy 1977 óta publikált [2] és még máig használt kalibrációs reakcióval. Ez a diklórfenol-indofenol redukciója savas közegben aszkorbinsavval pszeudo-elsőrendű körülmények között, redukálószerkoncentráció változtatásával. A kapott elsőrendű görbék illesztése után a sebességi állandók és a leolvasott abszorbanciaértékek segítségével kalkuláltam a készülékre jellemző holtidőt, illetve emellett az időeltolás értékét is. A korábban javasolt eljárás azonban csak egyetlen időparaméterre, a holtidőre koncentrált. Saját eredményeink azt mutatták, hogy a pontos munkához még további két időparaméterre van szükség, ezek a küvettafeltöltési idő és az időeltolás. Módszert fejlesztettünk ki ezek egyidejű meghatározására, és megmutattuk, hogy a korábban használatos eljárás jelentősen torzítja a holtidő becslését. Az általunk kifejlesztett módszerrel meghatározott adatok összhangban vannak a készülék fizikai paramétereivel (küvetta- és holttérfogatok aránya, becsülhető dugattyúmozgási sebesség). Nagyon gyors reakcióknál (1000 s -1 ) a küvettán belüli oldat inhomogenitásának nem hanyagolható el. Kísérleteket végeztünk ezen kívül az utóbb hivatkozott cikkben [2] megvizsgált alternatív reakcióval is, mely ferricianid aszkorbinsavval ferrocianiddá történő redukcióját veszi a kalibráció alapjául. A reakció megfelelő körülményeinek meghatározása után elvégeztük a kalibrációs méréseket, majd megkíséreltük a nyert adatokat kiértékelni. Bár nem a vártnak megfelelően alakultak a kinetikai görbék, az adatokból mégis sikerült olyan eredményt kalkulálni, mely jól megfelelt a vártnak. Sajnos több problémát is tapasztaltunk, amelyek nem jelentek meg az eredeti DCIP-aszkorbinsav reakciónál, ezen zavaró hatások eredetét jelenleg is keressük. [1] Lin, C. T., Rorabacher, D. B. J. Phys. Chem. 78, 305. (1974) [2] Tonomura, B., Nakatani, N., Ohnishi, M., Yamaguchi-Ito, J., Hiromi, K., Analytical Biochemistry, 84, 370 (1978) 239

240 TENZID TARTALMÚ KÚPOK ANALITKAI PROBLÉMÁI ÉS MEGOLDÁSAI Kalmár Éva 1 1 SZTE Gyógyszerésztudományi Kar, Gyógyszeranalitikai Intézet 6720 Szeged Somogyi u. 4 Napjainkban a kúp, mint gyógyszerforma alkalmazása újra előtérbe került. A hagyományosnak számító lázcsillapító kúpok mellett egyre inkább elterjednek a probiotikumokat tartalmazó készítmények is. Az angolszász országokban sajnos egyre nagyobb számú gyermek páciens esetén jelentkező ulceratív colitis, colorectális carcinoma pre- ill. postoperatív terápiájában is egyre inkább terjed a rektális gyógyszerbevitel. Az originális gyógyszerkutatások és generikus fejlesztések során kiemelten fontos az új gyógyszerformák és bennük található hatóanyag vizsgálatával foglalkozó analitikai eljárások kidolgozása. Ezen eljárások nemcsak a vizsgálandó hatóanyag kvantitatív meghatározását foglalják magukba, hanem a hatóanyag kvantitatív kinyerését is a különböző gyógyszerformák nem egyszer igen bonyolult segédanyagmátrixából. Emiatt a minta-előkészítési módszer fejlesztése sok esetben akár nagyobb kihívást is jelenthet, mint a műszeres analitikai módszer kidolgozása. Korábbi munkám során adeps solidus és massa macrogoli kúpalapból történő aminofenazon hatóanyag tartalom meghatározásra fejlesztettem HPLC módszert és validáltam azt. Ezt a módszert adeps solidus compositus kúpalapból történő aminofenazon meghatározásra is kiterjesztettem. A hasonló adeps solidusnál már bevált minta-előkészítési eljárást alkalmazva ennél a kúp alapnál az ICH Q2 irányelvek szerint nem megfelelő mértékű visszanyerési százalékot % kaptam, míg a helyes % lett volna. Kísérleteim során igazolást nyert, hogy az adeps solidus compositus kúpalap összetevői okozzák a hibát. A kúpalap 95% adeps solidust illetve 2,5-2,5% Tween 20 és Tween 60 tenzidet tartalmaz, melyek micellát képezve magukba zárják az aktív hatóanyag egy részét. 1. ábra Micella Micellák nyitás nyitása Demulgeálás A A A A A A A A Körülmények: 20 mm NaOH 100 mm NaCl 30 min UH A A A Micella:szilárd zsír TWEEN 20 TWEEN 60 A: aminofenazon 240

241 A hagyományos minta-előkészítési eljárások során a micellából nem sikerült kinyerni az inkorporált hatóanyagot, így a visszanyerés nem felel meg az irányelveknek. A probléma megoldására egy megfelelő minta-előkészítési eljárást kellett kidolgoznom, melynek segítségével felszabadítható a micellába zárt hatóanyagrészlet is. A kísérletek során modellvegyületként aminofenazont, ill. paracetamolt tartalmazó mintákat vizsgáltam, melyek vivőanyaga az adeps solidus compositus összetételének megfelelő szilárd zsírból, Tween 20-ból és Tween 60-ból állt. Az általánosan elfogadott technikák közül próbálkoztam ultrahangos fürdőben történő rázással is, de ez a mechanikai út nem változtatott a visszanyerési százalékon. Kémiai úton próbáltam a micellát demulgeálni, ezúton kinyerve belőle a hatóanyagot. Első alakalommal növekvő koncentrációban adtam nátrium-kloridot a mintákhoz. Ezzel a kisózási technikával csak kismértékű növekedést tapasztaltam a visszanyerés vizsgálatakor. A ph növelésének hatását is megvizsgáltam, növekvő koncentrációjú nátrium-hidroxiddal végezve a kísérletet, nem tapasztaltam szignifikáns eltérést itt sem. Végül a korábbi módszerek együttes alkalmazása bizonyult sikeresnek. Állandó 100 mm-os só koncentráció mellett, mm nátrium-hidroxid és 30 perces ultrahangos fürdő szükséges a micellából történő hatóanyag felszabadításhoz és a kívánt mértékű visszanyerési százalékhoz. A mintaelőkészítés során tapasztaltak késztettek arra, hogy meghatározzam a problémás kúpalapban található nemionos tenzidek (Tween 20 és Tween 60) kritikus micellaképződési koncentrációját (CMC) metanol:víz 50:50%-os oldószerelegyben, mely értéket ezen körülmények között még nem határoztak meg. A meghatározást spektrofotométer segítségével 550 nm-en, szobahőmérsékleten végeztem. A minták növekvő koncentrációban tartalmazták a vizsgált tenzideket külön-külön és együtt is, állandó koncentrációjú adeps solidus mellett. Az eredmények alapján a kúpalapban alkalmazott 2,5%-os koncentráció túl magas, maximum 0,1-0,15% lenne megfelelő. Az általam kidolgozott módszerrel megfelelően előkészített adeps solidus compositus kúpalappal készült aminofenazon tartalmú kúpok vizsgálatára nézve is validáltam a korábban kidolgozott HPLC módszert, mely így alkalmasnak tekinthető a Magyarországon öntéses technikával készült magisztrális kúpok minőségi ellenőrzésére. 241

242 TÖBBCSATORNÁS MIKROFLUIDIKAI RENDSZEREK FEJLESZTÉSE KROMATOGRÁFIÁS ALKALMAZÁSOKHOZ Nagy Andrea 1, Gáspár Attila 1 1 Debreceni Egyetem, Természettudományi és Technológiai Kar, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 4010 Debrecen, Pf. 21. A mikrofluidikai kutatások az utóbbi években robbanásszerű fejlődésnek indultak. Munkánk során a kromatográfiás elválasztási technikák miniatürizálását, a különféle kromatográfiás töltetek csipben való kialakítását és alkalmazását tűztük ki célul. Többcsatornás mikrofluidikai rendszerek használatával lehetőségünk nyílik több kromatográfiás töltet kialakítására a párhuzamos csatornákban. Ezen rendszerek egyik legnagyobb előnye a párhuzamos mérések végrehajtásának lehetősége. Ha a párhuzamos csatornákban azonos kromatográfiás tölteteket hozunk létre, akkor egyidejűleg különböző mintákat elemezhetünk, ha viszont a csatornákba különböző típusú kromatográfiás tölteteket integrálunk, akkor egy mintát egyszerre több töltetre is vihetünk. A töltetek mikrofluidikai csatornában történő visszatartására kutatócsoportunk nemrégiben közölt egy új töltési eljárást [1]. Ezen eljárás során a kromatográfiás részecskéket a csatornában létrehozott szűkület tartja vissza. A szűkületek csatornában történő kialakítására két módszert is kifejlesztettünk. Az első esetben a szűkület a fotolitográfiás lépések során a litográfiás maszkra rajzolt vékony vonal eredményeként jön létre a csatornában. Ez a szűkület a folyadék szempontjából átjárható, de a kromatográfiás részecskéket visszatartja. 1.ábra: A szűkület a csatornában és az elkészült kromatográfiás töltet (C16-os egységekkel módosított szilika aerogél töltet) A második eljárás használatával a szűkületek kialakítása reprodukálhatóbb: a szűkületet (azaz egy csupán 8-10 mikrométer széles, 50 μm hosszú csatornát) eleve megrajzoltuk a maszkon. A viszonylag nagy koncentrációban érkező első részecskék összetorlódnak a náluk akár 2-3-szor nagyobb átmérőjű szűkület elején és ezek tartják vissza a mögöttük jövő részecskéket, egyfajta zárókő szerepét betöltve. Ez a jelenség a zárókő hatás [2]. 242

243 2.ábra: A töltés folyamata a csatornákba rajzolt szűkület alkalmazása esetén és a töltés során fellépő zárókő hatás (10 µm átmérőjű C18-as részecskék) Az általunk tervezett mintázatok általában három párhuzamos csatornát tartalmaztak, de ezen csatornák száma elvileg növelhető mindaddig, míg a csatlakozó portok zavartalanul elhelyezhetők. A 3. ábrán egy olyan rendszert látható, ahol 12 párhuzamos csatornában tudtunk kialakítani azonos kromatográfiás tölteteket. 3.ábra: 12 kromatográfiás töltet párhuzamos csatornákban (töltet anyaga: 10 µm, C18-as részecskék) [1] Gáspár, A., Nagy, A., Lázár, I.: J. Chromatogr.A 2011, 1218: [2] Gáspár, A., Piyasena, M. E., Gomez, F. A.: Anal. Chem. 2007, 79:

244 BANÁN SZÖVETEN ALAPULÓ DOPAMIN MÉRŐ BIOSZENZOR TOVÁBBFEJLESZTÉSE, AZ OPTIMÁLIS MŰKÖDÉSI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA Őri Zsuzsanna Emese 1 1 Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Általános és Fizikai Kémiai Tanszék 7624 Pécs, Ifjúság útja 6. A bioszenzorok a mérendő anyag szelektív felismerésére valamilyen biológiai folyamatot vesznek igénybe. Sok esetben a jelképzés elektrokémiai úton történik. A bioszenzorok egyik leggyakrabban alkalmazott csoportját az enzimelektródok képezik. Ezek működése a mérendő anyagnak az elektród felületén immobilizált enzim által katalizált reakcióján alapul. A mérést a reakció következtében bekövetkező lokális koncentráció változás elektrokémiai detektálása teszi lehetővé. Az enzimszenzorok gyakran alkalmaznak amperometriás jelképzést. Az alapérzékelő felületét bevonó biokatalitikus reakció réteg készítésére gyakran alkalmaznak nagy aktivitású enzim preparátumokat megfelelő immobilizálási technika felhasználásával. Ugyanakkor számos natív állati, növényi szövet rendelkezik szelektív biokatalitikus sajátsággal. Számos esetben sikerült ezeket közvetlenül reakció rétegként alkalmazva enzimelektródot készíteni. Az ilyen természetes bioszövettel készült bioszenzorok előnyös tulajdonsága olcsóságuk és sok esetben észlelt nagy stabilitásuk. A kedvező stabilitás abból adódik, hogy az így készült reakciórétegben a biokatalizátort saját, természetes közege veszi körül. A dopamin állatokban és emberben az egyik legfontosabb neurotranszmitter szerepét tölti be, s neurohormonként is funkcionál, ezért mérése fontos analitikai feladatot jelent. A banán (Musa cavendishii) áltermés jelentős mennyiségű polifenol-oxidáz enzimet tartalmaz, mely a dopamin oxidációját katalizálni képes oxigén jelenlétében. A reakcióban keletkező kinodiális forma megfelelő elektródpotenciál mellett redukálható. Így alkalmas alapelektród felületét az illető enzimet tartalmazó banán szövet réteggel bevonva amperometriás enzimelektród készíthető. Az elektród készítéséről, működéséről több közlemény szól. Ugyanakkor az ilyen típusú elektród alkalmazása ez ideig nem terjedt el az analízis gyakorlatában, mivel a bioszenzor dinamikus tartománya nem kielégítő a leggyakrabban felmerülő analitikai problémák megoldása szempontjából. Munkám során a bioszenzor analitikai teljesítményjellemzőinek javítása céljából a legfontosabb működési paramétereket optimalizáltam és új detektálási módszert választottam. Flow injection (FIA) rendszer alkalmazásával, glassy carbon alapelektródból kialakított banánotród -dal a dopamin, az oxidált dopamin és az oxigén dinamikus voltammogramját készítettem el. Ez alapján lehetőségem nyílt a megfelelő redukciós potenciál kiválasztására. -200mV-os v.s. SCE értéknél az oxidált dopamin redukciója már jelentős mértékű, ugyanakkor az enzim reakció során fogyó- oxigén redukciója még nem mérhető. Az alapelektród felületére rögzített enzim tartalmú reakcióréteg optimális vastagságának meghatározását Pásztázó Elektrokémiai Mikroszkópos (SECM) 244

245 módszerrel, egy kevert oldatos modell rendszerben végeztem. A legkedvezőbb rétegvastagság eredményeim alapján: µm. A hagyományos amperometriás detektálás helyett az újabban laboratóriumunkban kifejlesztett periodikusan megszakított amperometriás technikát alkalmaztam az optimalizált paraméterek figyelembe vételével készített bioszenzor esetében. Ennek eredményeként a dopamin mérés több, mint kétszeres érzékenységgel és kb. egy nagyságrenddel alacsonyabb kimutatási határral történhet. A munkámban kialakított optimált bioszenzor viszonylag nagy stabilitást mutat, rövid válaszidejű és a felsorolt analitikai teljesítményjellemzői alapján alkalmas az analát meghatározására az élettani és klinikai minták esetében jelentkező koncentráció tartományban. 245

246 HOGYAN SEGÍTHET A MODERN MŰSZERES ANALITIKA TÖRTÉNELMI KÉRDÉSEK TISZTÁZÁSÁBAN, AVAGY INTERDISZCIPLINÁRIS KUTATÁSOK EGY RÓMAI KORI SÍRKŐ KÖRÜL Rácz Anita 1, Elek János 2, Nemes Zoltán 3 1 Debreceni Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 2 Analab Kft. 3 Debreceni Egyetem, Bölcsészettudományi Kar 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Déri Frigyes 1920-ban vásárolt egy görög nyelvű feliratot tartalmazó római kori sírkövet megalapítandó múzeuma számára. Az akkori viszonyokhoz képest igen drága sírsztélé a mai napig a debreceni Déri Múzeum raktárában hever és néhány rövid időszakot leszámítva nem is került a nagyközönség elé. Hányatott sorsát részben annak is köszönheti, hogy származási körülményei, így lelőhelye nem volt ismert, emiatt a kutatás történeti szempontból érdektelennek bizonyult. Bár jelent meg róla néhány publikáció, de azok nem léptek túl a hagyományos, művészettörténeti párhuzamok keresésén alapuló módszeren. Az újabb kutatások során viszont kiderült származási helye, új értelmezést kaptak ábrázolásai és díszítőelemei, megtalálták a kapcsolatot a kövön szereplő személyek és az ókori illír nép nagy alakjai, néhai királyi nemzetsége között. A kőnek van egy nagyon fontos tulajdonsága: majdnem bizonyos, hogy elkészülte óta fedett helyen vészelte át az évszázadokat, ezért felületén sok anyagmaradvány látható és vizsgálható. A kézi kialakítású, kisméretű készülékek megjelenése óta a röntgenfluoreszcencia spektroszkópiát az analitikai és ipari gyakorlatban egyre elterjedtebben alkalmazzák fémek, fémötvözetek vizsgálatára. Különösen alkalmas érzékeny régészeti leletek vizsgálatára, mivel gyakorlatilag mintaelőkészítés nélkül, roncsolásmentesen, percek alatt nyerhetünk információt az adott felület kémiai összetételéről. Az UV fényben készült fényképek alapján előre meghatározott pontokon felvettük a röntgenfluoreszcencia spektrumokat a sírkő felszínéről. Elsődleges célunk az volt, hogy a felszín elemösszetétel adataival segítsük a restaurátorok munkáját, viszont az elemösszetétel adatok mátrixának főkomponens-elemzése érdekes összefüggéseket fedett fel. A sírkőn szereplő domborművek két embert ábrázolnak: egy fiatal férfit és egy nőt. Néhány stilisztikai különbség megkérdőjelezte a két alak közös eredetét. A felvetésünk az, hogy a domborműveket valószínűleg ugyanaz az ember készítette, viszont nem ugyanabban az időben. Az elemösszetétel adatokon elvégzett főkomponens-elemzés megmutatta, hogy a mérési pontok elemösszetétele jobban köthető a pontok helyéhez, mint magukhoz a színekhez. A sírkő további vizsgálata az interdiszciplináris kutatások új dimenzióit nyithatja meg. Gondosan megtervezett kémiai kísérletekkel alátámaszthatjuk vagy megcáfolhatjuk a történészek által kidolgozott elméleteket. 246

247 Hivatkozások: [1] Borosy A. P., Héberger K., Horvai Gy., Kolossváry I., Lengyel A., Paksy L., Rajkó R., Szepesváry P.: Sokváltozós adatelemzés (Kemometria), Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2001 [2] S. Wold, K. Esbensen, P. Geladi Principal Component Analysis, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2, 37-52, 1987 [3] T. Hastie, R. Tibshirani, J. H. Friedman The Elements of Statistical Leraning, Springer, 2001 [4] S. Pessanha, A. Guilherme, M.L. Carvalho - Comparison of matrix effects on portable and stationary XRF spectrometers for cultural heritage samples, Applied Physics A, 97, ,

248 KOMPOZITALKOTÓK FELÜLETI ENERGIÁJÁNAK MEGHATÁROZÁSA INVERZ GÁZKROMATOGRÁFIÁVAL Tollár Ágnes Nikolett 1, Dallos András 1, Kristóf Jánosné 1 Horváth Erzsébet 1 1 Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, 8200 Veszprém, Egyetem utca 10. Az inverz gázkromatográfiát egyre szélesebb körben alkalmazzák a szilárd anyagok, köztük a kompozitalkotók felületi tulajdonságainak meghatározására. Szemben az analitikai gázkromatográfiával, az IGC alkalmazásakor az állófázis maga a vizsgálatok tárgya. A vizsgálandó anyaggal megtöltött kolonnára ismert tulajdonságokkal rendelkező anyagok gőzeit (alkánok, poláris vegyületek) juttatjuk a mozgófázissal. A mért fajlagos retenciós térfogatokból kiszámíthatók az állófázis felületi energiájának diszperziós és poláris komponensei, valamint a Lewis kölcsönhatásokra jellemző sav- és bázis-állandók. 248

249 ELMÉLETI ÉS SZÁMÍTÓGÉPES KÉMIA 249

250 250

251 MIÉRT LÉTEZIK ÉLET? Gyevi-Nagy László 1, Dr. Tasi Gyula 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Alkalmazott- és Környezeti Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Rerrich Béla tér 1. A tudósokat régóta foglalkoztatja a kérdés, hogy a földi élet miért szén alapon jött létre, illetve lehetséges lenne-e azt egy másik hasonló elemmel helyettesíteni, így az eddig ismerttől teljesen eltérő életet létrehozni. A kérdés vizsgálata nem csak azért fontos, mivel így pontosabban meghatározhatnánk az élet kialakulásához szükséges feltételeket, hanem azért is, mert ez által az élő rendszerek működését is jobban megismerhetnénk. A szén, mint az élet alapjául szolgáló elem kiváltására az egyik legígéretesebb jelölt a periódusos rendszerben a vele azonos csoportban található szilícium, melynek vegyértékelektron-szerkezete megegyezik a szénével, ebből kifolyólag kémiai tulajdonságaik is igen hasonlóak. Reakcióik azonban nem egyeznek meg teljesen. Így felmerül a kérdés, hogy a szilícium egyáltalán alkalmas-e biológiailag aktív molekulák kialakítására. A szakirodalomban található cikkek a reaktivitásbeli különbséget vetik fel, mint a legfontosabb eltérést a két elem között. Korábban ezt azzal magyarázták, hogy a szilícium üres 3d atomi pályáinak felhasználásával sokkal könnyebben létesít új kötéseket, mint az alacsony energiájú d-pályákkal nem rendelkező szénatom. Michael Dewar 1982-ben megjelent cikkében [1] azt állítja, hogy ez a magyarázat valószínűleg hibás, és a különbség oka a két atom méretében keresendő. Ezt szemiempirikus kvantumkémiai számításokkal támasztja alá. Az MNDO szinten végzett számítások jelentős eltérést mutatnak a két elem reakcióiban. Mivel a számításokat d-pályák figyelembevétele nélkül végezték, az egyetlen lehetséges magyarázat erre a nagy különbségre a két elem méretének különbözősége. A legjelentősebb eltérés, hogy míg a szénvegyületek reakcióiban egy aktiválási gát mutatkozik, addig a hasonló szilíciumvegyületek átalakulásai során nem figyelhető meg ilyen jelentősen nagyobb energiával rendelkező állapot. A szénvegyületek bimolekulás szubsztitúciós reakcióiban átmeneti állapotnak mutatkozó szerkezetek az azonos szilíciumtartalmú analógok esetén minimumok a reakció potenciális-energia görbéjén. Dewar magyarázata szerint a különbség oka a két atomhoz kapcsolódó csoportok sztérikus kölcsönhatása. A szénatom körül található szubsztituensek a központi atom kisebb mérete miatt közelebb helyezkednek el egymáshoz, és nagyobb taszítást fejtenek ki egymásra, így az ötös koordinációs számú átmeneti állapot energiája nagyobb mértékben nő meg, mint a szilícium esetén. Ezt a magyarázatot támasztja alá a kötéstávolságok változása is a reakció során. Míg a szén esetén a különbség több mint 25%, addig ez az érték a szilíciumnál alig 6-7%. Munkánk során a szén és a szilícium tulajdonságai közötti másik igen jelentős és rendkívül fontos eltérést vizsgáltuk. A nagyszámú létező biomolekula létrejöttében és helyes működésében hasonlóan fontos szerepet játszik azok konformációja is. A szénvegyületek, azon belül is a normál alkánok konformációs flexibilitásának felderítésével, mind kísérleti, mind elméleti módszerekkel, számos cikk foglalkozik. A kérdés vizsgálatára számos módszer áll rendelkezésre, kísérleti oldalról a mikrohullámú-, infravörös-spektroszkópia és elektron diffrakció a legjelentősebbek, elméleti módszerek 251

252 közül pedig az algebrai, kombinatorikai, molekulamechanikai és kvantumkémiai módszerek használhatók. Ennek köszönhetően a normál alkánok konformációs tulajdonságai már jól ismertek. Korábbi ab initio kvantumkémiai vizsgálatok során [2,3,4] már kiderült, hogy normál alkánokban összesen ötféle torziós szög fordulhat elő. Továbbá ugyanezen számítások alapján sikerült felállítani négy szabályt a létező torziós szög szekvenciák megadására is. Ezek segítségével pontosan reprodukálni lehetett az alkánok konformereinek számát egészen undekánig. Amint az várható, a legstabilabb konfermernek minden esetben az all-trans forma bizonyult. Az is megállapítható. hogy a legfontosabb konformációs tulajdonságokat irányító tényező az 1,4; 1,5; 1,6; és 1,7 helyzetű szénatomokhoz kapcsolódó hidrogének között ható nem kötő kölcsönhatások. A szilíciumvegyületek konformációs tulajdonságainak feltérképezése során arra kerestük a választ, hogy a fent leírt sajátosságok igazak-e a megfelelő szilíciumtartalmú analóg vegyületekre is, vagy azok konformereinek stabilitását más hatások is befolyásolják. Ennek kiderítésére különböző kvantumkémiai számításokat végeztünk Hartree-Fock (HF/6-31G(d)), másodrendű Møller-Plesset (MP2/6-31G(d)) szinteken, valamint G2(MP2,SVP) kompozit módszerrel, illetve tetra-, és pentaszilánra csatolt klaszter módszerrel (CCSD(T)/cc-pVDZ//MP2(full)/cc-pVDZ). Az eredmények alapján sem a HF, sem az MP2 módszer nem adja vissza jól a szilánok energiáját. A CCSD(T) valamint a G2(MP2,SVP) számításokból azonban látszik az alkánoktól való eltérés. A legstabilabb konformer ebben az esetben már nem az all-trans forma, hanem a csak 60 körüli torziós szögeket tartalmazó helikális szerkezetű konformer. Az is megállapítható, hogy a konformerek száma is eltér az alkánoknál találtaktól. Irodalomjegyzék [1] M. J. S. Dewar, E. Healy, Organometallics, 1982, 1, [2] G. Tasi, F. Mizukami, I. Pálinkó et al., J. Phys. Chem. A, 1998, 102, [3] G. Tasi, F. Mizukami, J. Math. Chem., 1998, 25, [4] G. Tasi, F. Mizukami, J. Csontos et al., J. Math. Chem.,2000, 27,

253 STACIONÁRIUS DIFFÚZIÓ MOLEKULÁRIS SZIMULÁCIÓJA MONTE CARLO MÓDSZERREL Ható Zoltán 1, Boda Dezső 1, Kristóf Tamás 1 1 Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Kémia Intézet, Fizikai Kémia Intézeti Tanszék 8201 Veszprém, Pf.158. Molekuláris szimulációs eszközeink ma kifinomult molekula- és kölcsönhatási modellek használatát és összetett jelenségek vizsgálatát teszik lehetővé. Így ezek a mikroés mezopórusos adszorbensekben lejátszódó szorpciós és diffúziós folyamatok megértését és a szorpciós-diffúziós tulajdonságok meghatározását célzó kutatásokban is mindinkább nélkülözhetetlenek. Szimulációkkal lehetővé vált itt a kísérleti vizsgálatok közvetlen támogatása (kísérleti eredmények kiértékelése, nehezen vagy egyáltalán nem mérhető tulajdonságok viszonylag pontos meghatározása). Az adszorbensek kísérleti vizsgálataival való mind közvetlenebb együttműködés a molekuláris szimulációktól időben és térben egyre inkább mezoszkopikus szintű jelenségek/rendszerek tanulmányozását kívánja. Kutatási témánk egyszerű fluidumok és elegyeik szorpciós- és transzportsajátságainak meghatározása molekuláris szimulációval, elsősorban zeolitokban és más aluminoszilikátokban. Célunk mindenekelőtt ezen adszorbens- és membránanyagok empirikus szelektivitásának számítása/értelmezése, és ennek egyik fontos részfeladata a membrántranszport közvetlen molekuláris szimulációjának megvalósítása. Egy olyan újfajta, nemegyensúlyi szimulációs technika kerül bemutatásra, ami alkalmas elegyek stacioner diffúziójának molekuláris modellezésére. A technika a dinamikus Monte-Carlo (DMC) [1] és a lokális egyensúlyi Monte Carlo (LEMC) [2] eljárásokra épül. A DMC szimulációk ugyan nem szolgáltatnak determinisztikus trajektóriákat, de a dinamikai tulajdonságok arányait helyesen írják le (pl. diffúzió során a komponensfluxusok arányát). Kiindulva a lokális egyensúly mögött rejlő elvekből, és felhasználva a kontinuitási egyenletet, a DMC+LEMC szimulációk kapcsolatot teremtenek a koncentrációprofilok és a komponensek stacioner áramai között. Szimulációinkban a rendszert kis térfogategységekre osztjuk, ezekhez kémiai potenciálokat rendelünk, majd minden egyes ilyen elemi cellában nagykanonikus Monte Carlo szimulációt végzünk: ezzel beállítva egy koncentrációprofilt minden komponensre. A cellák közötti részecskeáramot direkt módon, DMC lépésekkel mérjük, és iterációs eljárással az elemi cellák kémiai potenciáljait úgy módosítjuk, hogy az áramok kielégítsék a kontinuitási egyenletet. A kutatóhelyen fejlesztett program jelenleg alkalmas DMC+LEMC szimulációk végrehajtására. Az új módszert ún. Weeks-Chandler-Anderson fluidum, illetve eltoltlevágott Lennard-Jones fluidum modellmembránon keresztül végbemenő transzportjának szimulációjával teszteltük. Az eredményeket összevetve nemegyensúlyi molekuláris dinamikai szimulációkkal, megbízható eredményeket és jó konvergenciát tapasztaltunk. Hivatkozások: [1] Rutkai, G., Kristóf, T., Dynamic Monte Carlo simulation in mixtures, Journal of Chemical Physics, 132, (2010) [2] Boda, D., Gillespie, D., Steady state electrodiffusion from the Nernst-Planck equation coupled to Local Equilibrium Monte Carlo simulations, Journal of Chemical Theory and Computation., 8 (3), (2012) 253

254 A KÜLSŐ ELEKTROMOS TÉR HATÁSA ALKÁLIFÉM-IONOK GRAFÉN KLASZTERRE TÖRTÉNŐ ADSZORPCIÓJÁRA Kánnár Dániel 1, Peles-Lemli Beáta 1, Nie Jia Cai 2, Li Heng 3, Kunsági-Máté Sándor 1 1 Pécsi Tudományegyetem, Általános és Fizikai Kémia Tanszék H-7624 Pécs, Ifjúság útja 6. 2 Department of Physics, Beijing Normal University , Beijing, People s Republic of China 3 Department of Physics, Xiamen University, , Xiamen, People s Republic of China Napjainkban a nanotechnológia fejlesztések középpontjában a szén újonnan felfedezett módosulatai állnak. A szén nanocsövek, grafének vagy éppen a grafén nanoszalagok tulajdonságainak feltárása és a bennük rejlő potenciál kiaknázása ugyanakkor még a jövő feladata. Ezen anyagok optoelektronikai, elektrokémiai és szenzorkémiai széleskörű alkalmazhatóságának szempontjából elengedhetetlen a nanoszerkezettel rendelkező félvezetők és szén nanocsövek kombinációjával létrehozott filmek részletes tanulmányozása. Ehhez kapcsolódóan Kunsági-Máté és munkatársai etanollal kezelt többfalú szén nanocsövek adszorpcióját vizsgálták nanoszerkezettel rendelkező CeO 2 felületen [pld. Ref. 1]. A legújabb eredményeik szerint [2] a többfalú szén nanocsövek a hossztengely mentén felnyílhatnak és a zafír szubsztráton növesztett CeO 2 szigeteken újraszerveződnek, mint grafén, illetve nanografit rétegek. Az így létrehozott grafén-ceo 2 -zafír réteg - elektrokémiai módosításokat követően - potenciális felületéül szolgálhat egy, a külső elektromos tér által meghatározott ion diffúziónak, ahol az ionok szelektív vándorlása a felületre merőlegesen és azzal párhuzamosan alkalmazott elektromos tér változtatásával lenne elérhető. A gyakorlati megvalósíthatóság egyik előfeltétele annak tisztázása, hogy a külső elektromos tér milyen hatást gyakorol az ion - grafén kölcsönhatásra, hogyan befolyásolja a grafén felületen az ionok adszorpciós és diffúziós tulajdonságait. Témavezetőm és munkatársai korábbi elméleti és kísérleti eredményei szén nanocsövek és aromás molekulák kölcsönhatásának tanulmányozásához kapcsolódnak [3,4]. A nanocső fragmensek gyenge kölcsönhatásaira vonatkozó számítások tapasztalatait felhasználva, jelen munkánkban célul tűztük ki alkálifém-ionok grafén felületre történő adszorpciójának és diffúziójának, illetve az alkalmazott külső elektromos tér hatásának elméleti kémiai módszerekkel történő vizsgálatát. A létrejövő kölcsönhatás leírásához, a grafén klaszter méretének következtében megnövekedett számítási kapacitás csökkentése érdekében, szemi-empirikus AM1 módszert használtunk, mely jó egyezést mutat a magasabb szintű DFT módszerek eredményeivel [pld. Ref. 5]. A grafén felületet a C 130 H 28 összegképlettel leírható klaszterrel modelleztük. Az alkálifém-ionoknak (Li +, Na +, K + -ion) grafén réteghez viszonyítva három különböző orientációját (csúcs, völgy és híd) különböztetjük meg. Energetikailag a völgy helyzet a legkedvezőbb, ez a szerkezet rendelkezik a legnagyobb adszorpciós energiával, ezért munkánk során az ionok völgy orientációját részleteiben tanulmányoztuk. Eredményeink szerint az adszorpciós is diffúziós tulajdonságokat két ellentétes erő határozza meg: i) A felületre merőlegesen alkalmazott külső homogén elektromos tér közelebb nyomja a grafén felszínéhez az alkálifém-iont, mely egyrészről a grafén ion 254

255 kölcsönhatás erősödését eredményezi. ii) Ugyanakkor a pozitív töltésű ion valamint a grafén felületén az ionhoz legközelebbi atomokon felhalmozódó helyi negatív töltések közötti taszítás gyengíti a kölcsönhatást. Ezt a taszítás némileg ellensúlyozza a kation és a grafén felület közötti töltésátmenet. Az 1. ábrán látható, hogy alkalmazott tér erősségét növelve az ion és a felület közötti egyensúlyi távolság elér egy minimumot. Ez a minimum a vizsgált ionsugarától függ, így nagyobb ionsugárral rendelkező ion esetében kisebb erősségű külső elektromos térnél található ez a minimumpont. Míg kisebb ionok esetén erősebb térre van szükség ahhoz, hogy az iont a felülethez a lehető legközelebb kényszerítsük. A tér erősségét tovább növelve a grafén felől az alkálifém-ion irányába a töltésátvitel tovább erősödik, így az egyre kevésbé pozitív töltésű ion elkezd távolodni a felülettől. 1. ábra A vizsgált alkálifém-ionok grafén felülethez viszonyított egyensúlyi távolsága a felületre merőlegesen alkalmazott homogén külső elektromos tér függvényében. A statikus számítások eredményei azt jelzik, hogy a vizsgált három alkálifém-ion közül a legkisebb ionsugárral rendelkező Li + -ion lesz a legmozgékonyabb semleges térben, míg a leglassabb a felületre merőleges külső homogén elektromos térben. Ennek oka, hogy elektromos térben ez az ion kerül a legközelebb a grafénhez, így diffúzió során a C-atomok illetve a C-C kötések felett a Li + -ion közelsége nagyobb energiagátat eredményez, mint a felülettől távolabb elhelyezkedő ionok esetén. Reményeink szerint eredményeink felhasználhatóak lesznek ionok grafén felületen történő adszorpciós és diffúziós tulajdonságainak elméleti valamint kísérleti vizsgálatai során. Munkánkat a Magyar-Kínai Kormányközi Tudományos és Technológiai Együttműködési Program (TÉT ) és a Dél-dunántúli régió egyetemi versenyképességének fejlesztése (TÁMOP B-10/2/KONV ) támogatta. Irodalomjegyzék: [1] H. Li, J.C. Nie, S. Kunsági-Máté, Chem. Phys. Lett. 492 (2010) 258. [2] H. Li, J.C. Nie, S. Kunsági-Máté, Chem. Phys. Lett. 531 (2012) 183. [3] B. Peles-Lemli, L. Kollár, S. Kunsági-Máté, Fuller. Nanotub. Car. N. 18 (2010) 234. [4] B. Peles-Lemli, G. Matisz, A.-M. Kelterer, W.M.F. Fabian, S. Kunsági-Máté, J. Phys.Chem. C 114 (2010) [5] H. Tachikawa, A. Shimizu, J. Phys. Chem. B 109 (2005)

256 HEPARIN-ANALÓG OLIGOSZACHARIDOK SZERKEZETE ÉS ANTITROMBIN III FEHÉRJÉVEL VALÓ KÖLCSÖNHATÁSA: NMR VIZSGÁLATOK ÉS ELMÉLETI SZÁMÍTÁSOK Timári István 1, Komáromi István 2, E. Kövér Katalin 1 1 Debreceni Egyetem TEK Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. 2 Debreceni Egyetem OEC Klinikai Kutató Központ 4032 Debrecen, Nagyerdei körút 98. A természetes forrásból izolált heparin régóta ismert és alkalmazott vegyület a kóros véralvadási folyamat elkerülésében, ugyanis képes kötődni az antitrombin III fehérjéhez, fokozva annak a véralvadási kaszkád bizonyos enzimeire (trombin, Xa faktor) kifejtett inaktiváló hatását. Az 1980-as években azonosították a heparin azon legkisebb részét, egy öt monoszacharidból álló egységet, amely még képes antikoaguláns hatást kifejteni [1]. Ezután több kutatócsoportnak sikerült szintetizálnia olyan heparin-analóg származékokat, melyek a heparinhoz képest kedvezőbb farmakológiai jellemzőkkel rendelkeznek [1]. Kutatómunkánk során a Debreceni Egyetem Szénhidrátkémiai Kutatócsoportjában előállított heparin-analóg oligoszacharidok szerkezetét és antitrombin III fehérjével való kölcsönhatását vizsgáljuk [2]. 1. ábra: A referencia-vegyületként szolgáló idraparinux (1) és a Szénhidrátkémiai Kutatócsoportban előállított heparin-analóg pentaszacharidok (2,3) szerkezete Első lépésként elvégeztük a szénhidrátszármazékok 1 H és 13 C jelhozzárendelését 1 H- 1 H COSY, TOCSY, ROESY illetve 1 H- 13 C HSQC és HMBC kétdimenziós (2D) NMR módszerek segítségével. Meghatároztuk a 1 H- 1 H spin-spin csatolási állandókat, amelyekből következtetéseket vontunk le az oligoszacharidok konformációját illetően. Behatóan tanulmányoztuk a többinél flexibilisebb L-iduronsav egység konformációját [2], ugyanis irodalomból ismert, hogy a biológiai aktivitáshoz a 2 S 0 konformációs állapot szükséges. A ROESY illetve a tr-noesy spektrumok kiértékelésével a hidrogénatomok közötti távolságokat is megbecsültük, amely adatok fontos információt hordoznak a szabad illetve az AT-III-hoz kötött oligoszacharidok térszerkezetére vonatkozóan. Az oligoszacharidok AT-III-mal való kölcsönhatását bizonyítottuk 1 H és STD NMR spektrumaik alapján. STD NMR technikával [3] meghatároztuk, hogy a szénhidrátok mely hidrogénatomjai kerülnek a kölcsönhatás során a fehérje közelébe, és ezáltal megállapítottuk, hogy a vizsgált molekulák mely részei játszanak fontos szerepet a kötődésben. STD NMR módszerrel kompetíciós titrálásokat is végeztünk a referencia- 256

257 molekulaként szolgáló idraparinux és az új oligoszacharidok részvételével a kötődés specifikusságának és relatív erősségének meghatározása céljából. Az NMR mérésekkel párhuzamosan molekuladinamikai számítások is folynak a témában a szabad pentaszacharidokon és azok antitrombin III-mal képzett komplexein. Távlati célunk, hogy olyan szerkezet-hatás összefüggéseket állapítsunk meg az általunk vizsgált szulfonátometil-csoportot tartalmazó származékokra, amelyek vezérfonalként szolgálhatnak új, specifikus véralvadásgátló hatású, szintetikus heparinanalóg oligoszacharidok előállításához. Irodalomjegyzék: [1] M. Petitou, C. A. A. van Boeckel, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, [2] M. Herczeg, L. Lázár, Zs. Bereczky, K. E. Kövér, I. Timári, J. Kappelmayer, A. Lipták, S. Antus, A. Borbás, Chem. Eur. J. 2012, 18, [3] B. Meyer, T. Peters, Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 864. Köszönetnyilvánítás: A kutatás a TÁMOP /B-09/1/KONV projekt és a Richter Gedeon Talentum Alapítvány támogatásával valósult meg. 257

258 EGZOTIKUS IZOMERIZÁCIÓS REAKCIÓK MEGOLDÁS EGY ÁLTALÁNOS REAKCIÓTÍPUSRA? Tóbiás Roland 1, Tasi Gyula 1 1 SZTE Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Rerrich Béla tér 1. Tartalom Az izomerizációs folyamatok igen nagy jelentőséggel bírnak, főleg azokban az esetekben, amikor a ligandumok elhelyezkedése is befolyásolja a vegyületek alkalmazhatóságát. Ahhoz azonban, hogy a pontos izomereloszlást megállapítsuk, a korrekt matematikai és reakinetikai tárgyalásmód elengedhetetlen. Munkánk során az utóbbi időben kissé elfeledett, általánosított modellt elemeztük, mellyel az összes elsőrendű reakció konzisztens módon kezelhető. Ehhez segítségül hívtuk a Laplace-transzformációt, illetve a mátrixalgebra és a nemlineáris algebra eszközeit, megalkotva az N komponensű elsőrendű reakciórendszer komponensmérlegének általános (szemi)analitikus megoldását. Kulcsszavak: Gráfreakciók Sokszögreakciók Laplace-transzformáció Analitikus és szemianalitikus megoldás 1. Bevezető Mivel a szakirodalomban eddig nem illették összefoglaló névvel az elsőrendű reakciórendszereket, hanem szinte minden esetben N komponensű rendszer -ként [1] hivatkozták, ezért ezt az egyértelműség végett érdemes megtennünk. Nevezéktanunkat gráfelméleti fogalmakra [2] alapozzuk. Elsőként állapodjunk meg abban, hogy minden olyan reakciórendszert, mely nem tartalmaz másodrendű reakciólépéseket, gráfreakcióknak nevezünk. Jelöljük a reakcióban résztvevő komponensek számát N-el! Abban az esetben, ha a rendszerben N > 2, az adott modellre sokszögreakcióként (pl. N=3: háromszögreakció, N=4: négyszögreakció) is utalunk a következőkben. Most fogalmazzunk meg néhány gráfelméleti definíciót a gráfreakciók két alapvető típusának pontos meghatározásához! Legyen adott egy N elemű A halmaz, mely a P N gráf csúcsait tartalmazza, egy 2 ρ:, A, ρ irreflexív reláció és egy olyan f : leképezés, melyre igaz, hogy α,β, γ,δ δ γ f, f γ,δ, és amelynek f, értékei az élek sorszámai! Azt a P A, rendezett párral jellemezhető gráfot, melyre létezik ez az f leképe- N zés, teljes gráfnak nevezzük. Abban az esetben, ha f injektív, irányított teljes gráfról beszélünk. A P A, gráf irányított, ha és -n létezik egy g injektív leképezés -ba. N 2 Definiáljunk (1) alatt egy A tranzitív relációt a reláció segítségével! i., 1 2, 2 3, 3 2,, Ha a P, A gráfunkra α,β A,, akkor N ii.,,,,, N P -t nem összefüggő gráfnak nevezzük, ellenkező esetben pedig az összefüggő gráf elnevezéssel illetjük. (1) 258

259 Vegyünk egy, : A i i és egy, : A i i relációt i 12,,..., N! Az E A, irányított gráf Euler-gráf, ha N i i i., melyek számossága és i i Ezek alapján a speciális gráfreakciók ( S N ) teljes Euler-gráffal, az általánosított gráfreakciók ( G N ) összefüggő, irányított gráffal jellemezhető elsőrendű reakciók. A teljes Euler-gráf esetén R N N 1, összefüggő irányított gráfnál pedig R N N 1, ahol R az élek száma. E fogalmak szemléltetésére tekintsünk néhány példát (1-2. ábra)! 1. ábra: Néhány speciális gráfreakció C 1 C 2 D 1 D 2 E 1 E 2 C 3 E 5 E 3 D 4 D 3 E 4 2. ábra: Néhány általánosított gráfreakció C 1 C 2 D 1 D 2 E 1 E 2 C 3 D 4 D 3 E 5 E 3 E 4 2. A differenciálegyenlet-rendszer és megoldása és Tekintsük tehát az S M, gráffal jellemezhető speciális gráfreakciókat! M és N 2 épüljön fel a következőképp: M A, A,..., A 1 2 N A, A M : i j! Ezek alapján nyíl- i j vánvaló, hogy M elemei szimbolizálják a reakcióban résztvevő komponenseket, elemei pedig a lejátszódó reakciókat. Adjunk meg egy g: és egy injektív f : leképezést! f értelmezési tartománya és g értékkészlete tartalmazza a reakciók sorszámait, f értékkészlete pedig a sebességi együtthatókat! Legyen k f g és A, A i j k A, A i j kij! k ij jelölje azon a folyamatnak A speciesz koncent- j a sebességi együtthatóját, melyben az A j komponens A i -vé alakul! Az rációját reprezentálja A t j 1 2 N j,,...,! 259

260 Állítsuk fel (2) alatt az S N gráfhoz rendelt reakciórendszer differenciális mérlegét [1]! d A N dt d A 1 dt d A 2 dt t t t N N N k 21 A 1 t k A t k A t k A t k A t k A t N N N k 12 A 2 t k A t k A t k A t k A t k A t k A t k A 1N N 2N... N t k A t k A t k A t k A t N 1 N N N1 1 N N N 1 N 1 (2) felírható mátrixalakban is, ha a koncentrációk vektorát Ω t -vel, annak idő szerinti deriváltját Ω t -vel, a koefficiensmátrixot pedig K-val jelöljük: Ω t KΩ t, (3) ahol N k ha i j, ij k, ha i j ij A (3)-as differenciálegyenlet-rendszerhez az alábbi kezdeti érték vektort rendeljük: (2) li l 1 K. (4) i l 0 0 Ω t 0 A t 0 A 0 Ω. (5) j j Most alkalmazzuk a Laplace-transzformációt a (3)-as mátrixegyenletre, használva Laplace-transzformáltakra vonatkozó jól ismert szabályokat [3] és az (5)-ös összefüggést: s ω s Ω Kω 0 s, (6) 0 st ahol ω s A j t e dt és s pedig az ω: ki ahol ω s N leképezés független változója! Fejezzük -t a (6)-os egyenletből! 1 s 0 ω s se K Ω Θ Ω, (7) 0 p s Θ s se K előjeles aldeterminánsaiból álló mátrixának transzponáltja, p s pedig K karakterisztikus polinomja. Elvégezve a parciális törtekre bontást és az inverz Laplace-transzformációt, a következő megoldást kapjuk: Ω t Ξ t Ω, (8) 0 ahol L ni ni j Δ ik i ni j k j 1 sit Ξ t t e i 1 j 1 k 0 k!,. (9) j 1! Ξ t -ben szereplő jelölések: L p skülönböző értékű s i gyökeinek száma, multiplicitása; és Δ pedig (10) -(11) alatt található meg. ik i, n j k i k d ik ds k si s p s n i s s i n az s i i gyök (10) ni j k 1 d Θ s Δ (11) i, ni j k ni j k n j k! ds i s s i 260

261 Az összefüggésekből látható, hogy az analitikus megoldhatóság csak t p s fokszá- N mától függ. Mivel A 0, így a K mátrix egyik egyszeres sajátértéke zérus, melynek j j 1 következtében a karakterisztikus polinomnak N 1 darab ismeretlen sajátértéke van. Ez az N 1 darab gyök csak akkor határozható meg minden esetben algebrailag, ha N 1 4 N 5 (vö. a Ruffini Ábel-tétel). N 5 -nél a sajátértékeket numerikusan tudjuk csak megkeresni (pl. gyors implicit QR-algoritmussal [4] ). Ez esetben szemianalitikus megoldásról beszélünk. Végül foglalkozzunk a G M, gráffal jellemezhető reakciók anyagmérlegével N is! Válasszuk zérusnak S azon reakcióinak sebességi együtthatóit, melyek G -ből hiányoznak! Az S -rendszerre eképp felírt anyagmérleg megegyezik G mérlegével. Ezek alapján N N N N látható, hogy G -reakció megoldása S megoldásának egy speciális esete. N N 4. Diszkusszió A következőkben nézzük meg a móltörtgörbék tulajdonságait! Mielőtt azonban ezt megtennénk, helyezzük középpontba azt a két legfontosabb szempontot, melyet mindenképpen teljesíteniük kell a kinetikai görbéknek: di t -vel jelöljük t N N A 0 t A lim A t A < j 1,2,..., N j j j j t. (12) j j (12) mellett fontos követelmény még a kezdeti érték feltétel teljesítése is (vö. (5) egyenlet). A móltörteket i 1,2,..., N. A legnagyobb kezdeti móltörtű komponensre reaktánsként, a legkisebbre termékként, a többire intermedierként fogunk utalni. Az N >2 esetben többszörös és komplex sajátérték is előfordulhat, a görbék tulajdonságait azonban nem befolyásolja túlzottan a sajátérték típusa. A komplex sajátértékek okozta oszcilláció sem jelentős, hiszen az exponenciális csillapítás minimálisra csökkenti az i- maginárius rész hatását. Az intermedierek móltörtfüggvényei extrémummal rendelkeznek abban az esetben, ha az adott szpeciesz kiindulási móltörtje kisebb, mint az egyensúlyi móltört (ellenkező esetben, illetve (N 1)-szeres gyökök esetén nem találunk extrémumhelyet). A reaktáns móltörtje monoton csökken, a terméké pedig monoton nő az reakcióidővel. Most foglaljuk össze táblázatosan a példaként választott speciális négyszögreakció szimulációja során alkalmazott kezdeti koncentrációkat és sebességi együtthatókat! A grafikonok a 3-5. ábrán megtekinthetők. 1. táblázat: A szimulált görbékhez tartozó paraméterek Gyöktípus Egyszeres valós gyök Komplex gyök Többszörös valós gyök Kezdeti A M ; A M ; A M ; A M mennyiség Sebességi k 0.12 s k 0.09 s k 0.20 s k 0.50 s k 0.1 s i j ij együtthatók k 0.11 s k 0.08 s k 0.50 s k 0.50 s 13 k 0.10 s s 0.04 s 1 k 0.06 s k k k k k k s 0.03 s s 0.01 s k 0.16 s s 0.50 s 1 k 0.17 s k k k k k k s 0.50 s 0.50 s 0.09 s

262 3. ábra: A négyszögreakció kinetikai görbéi egyszeres valós sajátértékekkel 4. ábra: A négyszögreakció kinetikai görbéi egyszeres komplex sajátértékekkel 5. ábra: A négyszögreakció kinetikai görbéi többszörös valós sajátértékekkel 5. Összefoglalás Az általunk használt fogalmak meghatározását követően bemutattuk az elsőrendű reakciók általános (szemi)analitikus megoldását. Ezt követően konkrét kezdeti koncentráiók és sebességi együtthatók segítségével egy példán szemléltettük a módszer kiválóságát. A bemutatott megoldás alkalmazható (kis módosításokkal) egyensúlyban levő rend-szer nem túl nagy mértékű perturbációjának modellezésére is (stabilitásvizsgálat). [1] J. Wei, C. Prater, Adv. Catal. (13), , 1962 [2] Hajnal Péter: Gráfelmélet, oldal, Polygon Kiadó, Szeged, 1997 [3] Hanka-Zalay: Komplex függvénytan, oldal, Műszaki Kiadó, Budapest, 2003 [4] D. Bini, P. Boito, Y. Eidelman, L. Gemignani, I. Gohberg, Lin. Alg. Appl., (432), ,

263 KOORDINÁCIÓS KÉMIA 263

264 264

265 SZALICILALDEHID SZEMIKARBAZONOK FÉMKOMPLEXEINEK OLDATEGYENSÚLYI VIZSGÁLATA Bognár M. Gabriella 1, Nagy Nóra V. 2, Mariana Fernández 3, Dinorah Gambino 3, Jakusch Tamás 1, Kiss Tamás 1,4, Enyedy Éva A. 1 1 SZTE Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 2 Molekuláris Farmakológiai Intézet, Természettudományi Kutatóközpont, MTA, Budapest 3 Cátedra de Química Inorgánica, Departamento Estrella Campos, Facultad de Química, Universidad de La República, Montevideo, Uruguay 4 MTA-SZTE Bioszervetlen Kémiai Kutatócsoport, Szeged Az orvosi gyakorlatban számos rákellenes hatású fémkomplexet alkalmaznak napjainkban, de ezek mellékhatásai és a gyakran kialakuló rezisztencia miatt igény van újabb típusú fémkomplexek fejlesztésére. Egyik ilyen irányvonalat képviselik a (tio)szemikarbazon származékok fémkomplexei. A tioszemikarbazonok önállóan is antitumor hatással bírnak; a biológiai aktivitás alapja a vastartalmú ribonukleotid reduktáz enzim inhibíciója. Ugyanakkor nemcsak a ligandumok, hanem bizonyos fémionokkal képzett komplexeik is hatásosak [1]. Ezen komplexekben általában (X,N,S) kötésmód valósul meg, ahol X a tioszemikarbazonhoz kapcsolódó molekularész potenciális donoratomja [1,2]. A szemikarbazonok általában kétfogú (N,O) ligandumként koordinálódnak a fémionokhoz ionos vagy semleges formában, de gyakran van harmadik donorcsoport is ezen vegyületekben. Az irodalomban sok példát láthatunk in vitro antitumor hatást mutató szemikarbazonok fémkomplexeire is [3], viszont vizes oldatbeli viselkedésükről csak nagyon kevés információ lelhető fel. Jelen munkánkban a háromfogú szalicilaldehid szemikarbazon (SSC) és bromo-származékának (Br-SSC) kölcsönhatását vizsgáltuk réz(ii), gallium(iii), vas(iii/ii), vanádium(iv/v) ionokkal. Célunk a képződő komplexek összetételének és stabilitásának meghatározása, valamint a legvalószínűbb kötésmódok megadása. OH N NH O NH 2 Br OH N NH O NH 2 SSC Br-SSC A méréseket a ligandumok rossz oldhatósága miatt 30% (m/m) dimetil-szulfoxid (DMSO) jelenlétében végeztük. A komplexképződési folyamatokat ph-potenciometriás, UV-látható spektrofotometriás, ESR és 1 H/ 51 V NMR módszerekkel követtük nyomon, de a Br-SSC ligandummal, annak rossz oldhatóság miatt (S ~ 0,05 mm), csak UV-látható spektroszkópiás méréseket tudtunk végezni. A ligandumok lipofilitását és ph-függő fluorescens sajátságát is jellemeztük. 265

266 Legfontosabb eredményeink: 1) Különböző módszerekkel meghatároztuk a ligandumok savi disszociációs állandóit, mely alapján az SSC ligandum fenol csoportja pk a 9,32 értékkel jellemezhető; de nagyon savas ph-án képes protonálódni is a szemikarbazon rész. 1 H NMR mérések alapján pk a < 2 értéket valószínűsítettünk. A Br-SSC esetén az elektronszívó szubsztituens jelenléte miatt a pk a -k kisebbek, így csak a fenolos-oh csoporthoz tartozó értéket tudtuk meghatározni. 2) 1 H NMR mérésekkel rámutattunk arra, hogy az SSC ligandum kétféle izomer formájában (Z/E) van jelen mind a protonált (H 2 L + ), semleges (HL) és deprotonált (L - ) részecske esetén, de az izomerek aránya függ a protonáltsági foktól. 3) A Br-SSC ligandum egyértelműen lipofilebbnek mutatkozott, mint az SSC. 4) Mono- ([ML], [MLH -1 ], [MLH- 2 ]) és bisz-ligandumú ([ML 2 H -1 ], [ML 2 ], [ML 2 H -2 ]) komplexek képződnek a vizsgált rendszerekben, de a Cu(II) és V(IV/V) ionok kizárólag mono-komplexet képeznek ezen háromfogú ligandumokkal. A Br-SSC és az SSC komplexei között csak kis stabilitás különbséget lehetett megfigyelni. Kiugróan nagy stabilitású komplexek képződnek a Cu(II) ionnal, melyek disszociációja a biológiailag aktív koncentrációtartományban (µm) fiziológiás ph-n is elhanyagolható. Bár a Cu(II) még nagyobb stabilitású komplexeket képez a (O,N,S) tioszemikarbazonokkal [2], a Fe(III), VO(IV) esetén ez a preferáltság már jóval kisebb mértékű, míg a Ga(III) ionnak az (O,N,O) szemikarbazonok felé nagyobb az affinitása. [1] C. R. Kowol, R. Trondl, P. Heffeter, V. B. Arion, M. A. Jakupec, A. Roller, M. Galanski, W. Berger, B. K. Keppler, J. Med. Chem., 2009, 52, [2 ] É. A. Enyedy, É. Zsigó, N. V. Nagy, C. R. Kowol, A. Roller, B. K. Keppler, T. Kiss, Europ. J. Inorg. Chem., 2012, 25, [3] D. Gambino, M. Fernández, D. Santos, G. A. Etcheverría, O. E. Piro, F. R. Pavan, C. Q.F. Leite, I. Tomaz, F. Marques, Polyhedron, 2011, 30, Köszönetnyilvánítás: OTKA K77833, PD103905, Bolyai J. Ösztöndíj 266

267 KALCIUM CUKORKOMPLEXEK STABILITÁSI ÁLLANDÓINAK MEGHATÁROZÁSA KALCIUMION-SZELEKTÍV ELEKTRÓDDAL Czeglédi Eszter 1, Lipták Dávid 1, Peintler Gábor 2, Pálinkó István 3, Sipos Pál 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7. 2 Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, 6720 Szeged, Aradi vértanúk tere 1. 2 Szegedi Tudományegyetem, Szerves Kémia Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8. Bevezetés A betonból készült radioaktív hulladéklerakók lúgos pórusvizében a cellulóz bomlása során képződő, kis szénatomszámú szerves cukorsavak, és a cement kötési tulajdonságait javító glükonát is képes nagy stabilitású komplexet képezni a három és négy vegyértékű aktinoidákkal, növelve az oldhatóságukat, így azok nagyobb valószínűséggel kerülnek a környezetbe, veszélyeztetve a bioszférát. A kalciumion ebben a folyamatban versenytársként léphet fel az aktinoidákkal szemben, mivel a fenti vegyületekkel szintén hajlamos komplexképzésre [1]. A kalcium szénhidrát komplexeinek tanulmányozása nagyban hozzájárulhat a fent leírt jelenségek hatásmechanizmusainak megértéséhez, ezáltal segíti a kockázatelemzést és hatékonyabb védekezést tesz lehetővé a nemkívánatos folyamatokkal szemben. Munkánk során összeállítottunk és kalibráltunk egy olyan kalciumion-szelekítv elektródot (Ca-ISE) használó potenciometriás mérőrendszert, amely segítségével meghatároztuk a kalciumion glükózzal (Glu), szorbitollal (Sor), glükuronáttal (Glc), glükonáttal (Gluc) és heptaglükonáttal (HpGluc) alkotott komplexeinek összetételét és stabilitási állandóját semleges közegben, állandó ionerősségű nátrium-klorid oldatokban. Megvizsgáltuk továbbá a glükonát és heptaglükonát tartalmú rendszerekben képződő komplexek stabilitási állandóinak ionerősség-függését. 1. ábra: A felhasznált ligandumok szerkezeti képletei 267

268 Kísérleti rész A potenciometriás titrálásoknál használt mérőoldat ~0,1 mol/dm 3 kalcium-kloridot tartalmazott, az oldat ionerősségét a mérésnél használt értékre (leggyakrabban 1 mol/dm 3 ) állítottuk be nátrium-klorid segítségével. A kalibráláshoz használt oldatot és a ligandumot is tartalmazó mintákat a mérőoldat pontos hígításával készítettük, ezekben a kiindulási kalcium-klorid koncentráció ~0,1 mmol/dm 3, az ionerősség pedig minden esetben 1 mol/dm 3 (NaCl) volt. A mért mintákban a ligandum koncentráció 0,1 0,3 mol/dm 3 között változott. Jelen munkával a kalciumkomplexek stabilitási állandóinak meghatározása mellett célunk volt egy olyan potenciometriás mérőrendszer összeállítása is, amely segítségével képesek vagyunk több nagyságrendnyi kalciumion-koncentráció változást átfogni, mindezt a lehető legpontosabban és reprodukálhatóan, semleges és lúgos közegben. 2. ábra: A potenciometriás mérőrendszer sematikus ábrája 1 Számítógép 2 Titrátor 3 Mérőoldat 4 Büretta kivezető csöve 5 Ca 2+ ISE 6 Referencia elektród (Ag/AgCl) 7 Agar-agar kocsonya 8 Mágneses keverő 9 Termosztát A mintát termosztálható mérőcellába helyeztük, és mágneses keverő segítségével homogenizáltuk a mérés során. A mintába merült bele a Ca-ISE, melynek adatait a Metrohm 888 Titrando típusú titrátor továbbította egy számítógépre. Szintén a minta oldatba merült bele a titrátor büretta részének kivezető csöve, ami a mérőoldatot juttatta a mérőcellába. A titrálást manuálisan végeztük, a mérőoldat adagolását számítógépről vezéreltük a tiamo TM program segítségével. Az Ag/AgCl referenciaelektród egy másik termosztálható üvegedényben lévő 1 mol/dm 3 koncentrációjú nátrium-klorid oldatba merült, és szintén a titrátoron keresztül szolgáltatott adatokat a számítógép számára. A két elektród közötti elektromos kapcsolatot agar-agar sóhíd biztosította. A sóhidat alkotó kocsonya minden esetben 2 (m/m)% szilárd agar-agar és 1 mol/dm 3 koncentrációjú nátrium-klorid oldat felhasználásával készült. A kísérleti adataink kiértékelését a ZiTa elnevezésű számítógépes szoftver [2] még nem publikált utódjával, a ChemMech szoftverrel végeztük. 268

269 Eredmények Mérési eredményeink alapján megállapítható, hogy az egyszerű szénhidrátok, mint a glükóz és a szorbitol kis stabilitású komplexet képeznek a kalciumionnal (ha képeznek egyáltalán), míg a cukorkarboxilátok sokkal szívesebben koordinálódnak a fémionhoz. A Ca 2+ -glükonát rendszer méréseiről készült reprezentatív ábra segítségével mutatjuk be általános tapasztalatainkat. A glükonát koncentrációjának növelése jól mérhető cellapotenciál-csökkenést okoz a ligandum-mentes oldattal mért kalibrációhoz képest, a maximális mérhető effektus mv körül van. Az ismételt mérések reprodukálhatósága kiváló. A mért pontjaink és az illesztett görbék egymástól való átlagos eltérése 0,52 mv, amit y irányban 45 mv-tal eltolva feltüntettünk az ábránkon is. 3. ábra: A mért cellapotenciálok változása a logaritmikus skálán ábrázolt fogyás függvényében a Ca 2+ glükonát rendszer esetén (I = 1 mol/dm 3 NaCl; T = 25 C) A ChemMech programcsomaggal végzett számolás alapján a mért pontjaink olyan modellel illeszthetők, amely kizárólag 1:1 fém-ligandum arányú komplexek keletkezését feltételezi a Ca 2+ - glükonát rendszer esetén. Az általunk meghatározott stabilitási állandó 17,6 ± 2,4 értéknek adódott. A többi rendszer esetén kapott stabilitási állandóinkat az 1. táblázat tartalmazza. 269

270 1. táblázat: A képződő komplexek stabilitási állandói és azok szórása, valamint a mért és számolt adatok átlagos eltérése (I = 1 mol/dm 3 NaCl, T = 25 C) Komplex összetétele K stabilitási állandó szórással Átlagos eltérés (mv) [Ca(Glu)] 2+ 0,39 [Ca(Sor)] 2+ 0,93 ± 0,31 0,24 [Ca(Glc)] + 3,89 ± 0,46 0,23 [Ca(Gluc)] + 17,6 ± 2,4 0,52 [Ca(HpGluc)] + 15,7 ± 3,3 0,56 Megvizsgáltuk a Ca 2+ -glükonát és -heptaglükonát rendszerekben a képződő komplexek stabilitási állandóinak ionerősség-függését. Négy különböző háttérelektrolit koncentráció esetén vizsgáltuk a cellapotenciálok változását, minden esetben ~0,2 mol/dm 3 ligandum koncentráció mellett. A Ca 2+ -glükonát rendszer esetén a különböző ionerősségeknél meghatározott stabilitási állandókat ábrázolva a Davies-egyenlet alapján vártaknak megfelelő minimum-görbét kapunk, ami a 4. ábrán látható. 4. ábra: A Ca 2+ -glükonát adott komplexre vonatkozó illesztett K asszociációs állandók (logaritmikus skála) az ionerősség függvényében ábrázolva (T = 25 C, T L = 0,2 mol/dm 3 ) Összefoglalás Munkánk során sikeresen összeállítottunk egy olyan kalciumion-szelektív potenciometriás mérőrendszert, amely segítségével képesek voltunk három nagyságrendnyi koncentráció-változást reprodukálhatóan detektálni. Meghatároztuk semleges közegben a kalciumion öt választott ligandummal alkotott komplexeinek összetételét és stabilitási állandóit. Megállapítottuk, hogy a kalciumion glükóz-komplexét a vizsgálati körülményeink között nem tudjuk kimutatni, az összes többi 270

271 vizsgált ligandum esetén viszont az 1:1 fém-ligandum arányú komplexek képződése bizonyítható. Meghatároztuk a [Ca(Gluc)] + és [Ca(HpGluc)] + összetételű komplexek stabilitási állandóinak ionerősség-függését. Mindkét esetben hasonló tendenciát tapasztaltunk, a stabilitási állandók változása az ionerősség növelésével minimum görbét ír le, amelynek minimuma 2 mol/dm 3 ionerősség környékén van. [1] Van Loon, L. R., Glaus, M. A., Vercammen, K., Solubility Products of Calcium Isosaccharinate and Calcium Gluconate, Acta Chem. Scand., 53, (1999) [2] Peintler G., ZITA, A Comprehensive Program Package for Fitting Parameters of Chemical Reaction Mechanisms, Versions , Department of Physical Chemistry, University of Szeged, Szeged, Hungary ( ) 271

272 A HUMÁN ZnT3 FEHÉRJE LEHETSÉGES FÉMKÖTŐ HELYEINEK AZONOSÍTÁSA Dancs Ágnes 1, Árus Dávid 1, Dr. Gajda Tamás 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék A humán ZnT3 cink-transzporter fehérjék a cink(ii)ionoknak a citoszolból a sejten kívüli térbe vagy a sejten belüli organellumokba való juttatását végzik az emberi agy szinapszisaiban [1]. Ezen transzmembrán fehérje működési mechanizmusa eddig nem tisztázott, ám felderítésére irányuló vizsgálatokat tesz szükségessé az a feltételezés, hogy a szinaptikus térben átmenetileg felhalmozódó cink(ii)ionoknak, s így a cinket oda juttató ZnT3 transzporter fehérjének szerepe lehet az Alzheimer-kórra jellemző β-amiloid plakkok képződésében [2]. A ZnT fehérjékre általánosan jellemző, hogy valamely két transzmembrán szakaszt összekötő hurokrészük egy hisztidingazdag szekvenciát tartalmaz. Ezen egységesség, valamint a hisztidinek köztudottan erős fémionkoordinációs képessége lehet az oka annak, hogy az irodalom ezen fehérjeszakasznak fémionkötő funkciót rendel (MBS1) [3]. Ezen kívül a cink-transzporterek tartalmaznak még néhány jól megőrzött szekvenciát, melyek jelentős fémkötő tulajdonsággal bírhatnak (MBS2, MBS3, 1. ábra). 1. ábra: A ZnT3 fehérje feltételezett fémkötő helyei (MBS1, MBS2 és MBS3). MBS3 MBS1 MBS2 Kutatócsoportunk a humán ZnT3 fehérje mindhárom potenciálisan erős fémkötő sajátsággal bíró szekvenciáját vizsgálta. Jelen előadás az irodalom által elsődlegesen javasolt, MBS1 fémkötő helyet érintő vizsgálatok eredményeit foglalja össze. Ennek kapcsán két, az adott kötőhelyet eltérő szerkezeti szinten modellező peptidet tanulmányoztunk: elsőként egy szorosan a multihisztidin szakaszt tartalmazó undekapeptidet vizsgáltunk (Ac-RHQAGPPHSHR-NH 2, L 1 ), majd egy lényegesen nagyobb, a kötőhelyet tartalmazó hurok valószerűbb reprezentálására alkalmas ciklusba zárt peptiddel kapcsolatban végeztünk méréseket (cyclo(ac-cklhqagpphsh- GSRGAEYAPLEEGPEEKC-NH 2), L 2 ). A fehérje két másik fémkötő tulajdonságú szekvenciájára (MBS2, MBS3) vonatkozó adatok már rendelkezésre állnak, ami e három fémkötő alegység összehasonlítására ad lehetőséget. A vizsgálatok során oldategyensúlyi (ph-potenciometria) és szerkezetvizsgálati (NMR, UV-Vis, és CD spektroszkópia) mérések segítségével jellemeztük a peptidek kölcsönhatását Zn(II)- és Ni(II)-ionokkal. Az ilyen módon nyert (de)protonálódási és 272

273 % Zn(II) stabilitási állandók felhasználásával következtettünk az egyes képződő komplexek stabilitási viszonyaira. Az L 1 ligandum esetén fiziológiás ph körül mindkét fémion jelenlétében a ML összetételű komplex képződik domináns mennyiségben, melyben M 2+ csak hisztidin oldallánci donorcsoportok által koordinált. A cink(ii)komplexek keletkezése során a ph növelésével amidkoordináció nem lép fel, csak a koordinált víz deprotonálódását tapasztaltuk. A ZnL 1 komplex stabilitási állandója (logk ZnL 1 = 4,48) messze elmarad a fehérje egy másik fémkötő szekvenciájának (MBS3, Ac-PFHHCHRD-NH 2 ) megfelelő értékéhez képest (logk ZnL = 8,50). A ciklikus L 2 peptid esetében a semleges phtartományban képződő, szintén három His által koordinált domináns részecske a ZnH 3 L 2, melynek stabilitása valamivel nagyobb (logk ZnH3 L 2 = 6,60) az analóg ZnL1 értékénél. A három peptid adatainak összehasonlítása a cisztein tartalmú fémkötőhely kiemelkedő cink(ii)-affinitására utal, amit jól mutatnak a 2. ábrán látható predominancia görbék is. Ez alapján azt javasoljuk, hogy a humán ZnT3 fehérje elsődleges cink(ii)-kötő helye nem az irodalomban javasolt MBS1, hanem az MBS3-mal jelölt N-terminális fragmens. 2. ábra: A Zn 2+ ionok megoszlása az MBS1(L 1 ) és MBS3 kötőhelyek között szabad Zn 2+ MBS3-Zn 2+ komplexek MBS1-Zn 2+ komplexek ph Ni(II)-ionok jelenlétében semleges ph-tartományban a cinkhez hasonlóan {3N im } koordinált komplexek dominálnak: az L 1 ligandum esetében logk NiL 1 = 4,60, L 2 ligandumnál pedig logk NiH3 L2 = 5,20 stabilitási állandók adódtak, melyek nem mutatnak számottevő stabilitásbeli különbséget a megfelelő koordinációjú cinkkomplexekhez képest, a kötőhely fémionszelektivitást nem mutat. Ellenben a korábban vizsgált MBS3 kötőhely 3 hisztidin által koordinált cink(ii)komplexe két nagyságrendbeli különbséget mutat az alacsonyabb stabilitású analóg nikkel(ii)komplex értékéhez képest (logk NiL = 6,46), ami említésre méltó Zn 2+ -szelektivitást jelez az MBS3 kötőhelyre nézve. Magasabb ph-kon az amidnitrogének koordinációja rendre megvalósul mindkét vizsgált ligandum esetében, az L 1 ligandumra vonatkozóan kedvezményezett az {N im,n -,N -,N im } koordináció. [1] R.A. Colvin, C.P. Fontaine, M. Laskowski, D. Thomas, Zn 2+ transporters and Zn 2+ homeostasis in neurons, Eur. J. Pharmacology, 2003, 479, [2] J. Lee, T. B. Cole, R. D. Palmiter, J. Koh, J. Neurosci. 2004, 24(13), [3] T. Kambea, Y.Yamaguchi-Iwai, R. Sasakib, M. Nagaoa, Cell. Mol. Life Sci. 2004, 61,

274 A DNS KÖLCSÖNHATÁSA POTENCIÁLIS GYÓGYSZERMOLEKULÁKKAL, VALAMINT AZOK RÉZ (II) ÉS CINK (II) KOMPLEXEIVEL Krekuska Hajnalka 1, Matyuska Ferenc 1, Gyurcsik Béla 1,2 1 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék Szeged, Dóm tér 7. 2 MTA, Bioszervetlen Kémiai Kutatócsoport Szeged, Dóm tér 7. Az elmúlt évtizedekben a gyógyszerkutatás új irányt vett, és fokozott hangsúly került a hatás optimalizációjára, a már használt gyógyszermolekulák tökéletesítésére pl. szubsztituensek cseréjével, a hatóanyag-molekulák fémkomplexeinek kialakításával, vagy izomerizációval, illetve a hatóanyagok szinergikus hatásának kiaknázásával. A fentieknek megfelelően kutatásaink során szalicilsav-, és piridinszármazékokkal, valamint azok réz(ii)-, és cink(ii)komplexeivel foglalkoztunk. Az Aszpirin jól ismert gyógyászati alkalmazása mellett a szalicilsav-származékok réz(ii)komplexeiről már korábban megállapították, hogy tumorellenes hatással bírnak. Munkánk célja az volt, hogy megvizsgáljuk, hogy olyan potenciális gyógyszermolekulák, mint a 4-fluoroszalicilsav (4-FSA) és a 2,6-bisz-hidroximetil piridin (pydime) képesek-e a DNS-sel kölcsönhatásba lépni, és hogy ezen molekulák komplexképződése réz(ii)-, illetve cink(ii)-ionokkal befolyásolja-e ezt a kölcsönhatást. A DNS-sel való kölcsönhatás ugyanis alapvető jelentőségű lehet az antitumor hatás kifejtésében. Ezen kölcsönhatás vizsgálatára fluoreszcens spektroszkópiai vizsgálatot végeztünk, mely az etídium-bromid kettős hélixből történő kiszorításakor tapasztalható fluoreszcencia-csökkenésen alapult. 1. ábra: A 2,6-bisz-hidroximetil-piridin (pydime), és a 4-fluoroszalicilsav (4FSA) szerkezete A pydime és a 4-FSA réz(ii)-ionokkal képzett biner és terner komplexeinek oldategyensúlyi vizsgálatát, már korábban elvégezték, viszont a cink(ii)-ionokkal alkotott komplexeikről nem álltak rendelkezésünkre ilyen adatok. Így ez utóbbi rendszerek phmetriás és UV/látható spektroszkópiás vizsgálatát is elvégeztük, hogy tisztázzuk, hogy az emberi szervezetben jellemző ph tartományokban milyen részecskék vannak jelen. Ezen vizsgálatok során kimutattuk, hogy a cinkionok gyenge kölcsönhatást alakítanak ki a biner rendszerekben, ami - csakúgy, mint a réz(ii)-ionok esetében is - erősebb a terner rendszereben. A fluorimetriás mérések igazolják, hogy komplexeink részben megakadályozzák az etídium-bromid interkalációját a DNS molekulába. 274

275 KALCIUM-HEPTAGLÜKONÁT KOMPLEXEK ÖSSZETÉTELE ÉS EGYENSÚLYAI ERŐSEN LÚGOS OLDATOKBAN Kutus Bence 1, Peintler Gábor 2, Pálinkó István 3, Sipos Pál 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7. 2 Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, 6720 Szeged, Aradi vértanúk tere 1. 3 Szegedi Tudományegyetem, Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8. Kutatócsoportunkban a Ca 2+ és különböző polihidroxi-karboxilát ligandumok közötti komplexképződést vizsgáljuk. Ilyen ligandum a heptaglükonátion (Hpgl ), mely a megfelelő hét szánatomos aldonsavból származtatható. Komplexeire vonatkozóan azonban kevés irodalmi adat áll rendelkezésre. Néhányan kimutatták, hogy lúgos körülmények között erősen köti a Fe III -ionokat, [1] illetve feltételezték, hogy ligandumfeleslegben Fe III (Hpgl) 2 képződhet [2]. Kalciumkomplexei esetében más, hasonló szerkezettel bíró ligandum, mint pl. a glükonát (Gluc ) és az izoszacharinát (Isa ) irodalmára támaszkodhatunk. Általánosan igaz, hogy gyengén savas és semleges körülmények között 1:1 összetételű komplexek képződnek mind Gluc, [3] mind Isa esetén [4]. Nagy stabilitású komplexek képződése csak ph = 12 felett várható, az OH-csoport gyenge savi jellege miatt. Ekkor a deprotonálódás során keletkező alkoholát egy második kötőhelyet biztosít a fémion számára [5]. Erősen lúgos oldatokban 1:1, vagy 1:2 összetételű komplexeket mutattak ki [2,6]. Előkísérleteink azt mutatták, hogy erősen lúgos körülmények között kellő mennyiségű Hpgl hozzáadására a Ca(OH) 2 csapadék feloldódik, ami komplexképződésre utal. A kísérleti munka során tehát megpróbáltuk a heptaglükonátion erősen lúgos közegben történő deprotonálódását, valamint kalciumkomplexeit kimutatni, és azok egyensúlyi folyamatait kvantitatív módon jellemezni. Az egyensúly vizsgálatára a potenciometria módszerét választottuk. A méréseket Metrohm 888 Titrando automata titrálóberendezéssel végeztük, a folyamatok követésére pedig tanszékünkön készített platinázott Pt-elektródot és Ag/AgCl referenciaelektródot használtunk. Minden esetben 25,00 ± 0,02 C-os hőmérsékletet és állandó keverést biztosítottunk, az oldaton pedig 1 atm nyomású H 2 -gázt buborékoltattunk keresztül. NaCl (Analar Normapur, 99,9%) segítségével a kezdeti ionerősséget I = 1 M értékre állítottuk be. Az egyes mérési pontokban megvártuk, hogy a cella egyensúlyba kerüljön. A platinaelektród kalibrációja során NaOH (Analar Normapur, 99%) ~0,1 M-os oldatát titráltuk ~1 M-os, pontosan ismert koncentrációjú sósavoldattal (Scharlau, 99,9%). Megállapítottuk, hogy az általunk vizsgálni kívánt tartományban az elektród nernsti viselkedést mutat. A Hpgl deprotonálódását NaHpgl segítségével (Sigma-Aldrich, 98%), míg a komplexképződést Ca(Hpgl) 2 (Sigma-Aldrich, 98%) és CaCl 2 (Molar Chemicals, 98,1%) segítségével összeállított oldatokban vizsgáltuk, 0,25 M kezdeti koncentrációjú NaOH mellett; titráló oldatként ~1 M-os sósavat használtunk. A komplexképződés kvalitatív igazolását a fagyáspontcsökkenés jelenségére alapoztuk. A méréseket Beckmann-hőmérővel végeztük, mellyel 0,01 C pontossággal lehet hőmérsékletváltozást mérni. Hűtés céljára konyhasó-víz-jég keveréket használtunk. A vizsgált rendszer vezetési tulajdonságainak változását konduktometriás titrálások 275

276 segítségével tanulmányoztuk, WPA CMD 510 készülék segítségével. A műszert előzőleg ismert fajlagos vezetésű (12,8 ms/cm), 0,1 M koncentrációjú KCl-oldat (Merck) segítségével kalibráltuk 0,5 cm 1 cellaállandójú elektród mellett. A mérések közben 25,0 ± 0,2 C-os hőmérsékletet és folyamatos keverést biztosítottunk, miközben N 2 -gázt buborékoltattunk át a rendszeren. A mérni kívánt jelre gyakorolt zavaró hatás elkerülése érdekében sem a fagyáspontcsökkenés, sem a konduktometria esetén nem állítottunk ionerősséget. Erősen lúgos közegben (ph > 12) a kalciumion a heptaglükonát valamely OHcsoportjáról kompetíciós reakcióban leszoríthatja a protont; a folyamatot pedig a ligandum bázis hatására történő deprotonálódása segítheti elő. Ily módon a karboxilátcsoport mellett egy alkoholát típusú kötőhely is létrejön, így a heptaglükonát kétfogú ligandumként képes megkötni a fémionokat. Figyelembe véve, hogy a nyílt láncú alkoholok gyenge savak (pk s > 12), az általunk vizsgált rendszerekben feltételeztük, hogy csak egyetlen hidroxilcsoport vesz részt sav-bázis reakcióban. A Hpgl savi állandójának meghatározásához elkészített oldatokban a kiindulási [OH ] T /[Hpgl ] T arány rendre 3,33 (1), 2,50 (2), 1,76 (3) és 1,25 (4) volt. A potenciometriás titrálási görbék azt mutatták, hogy az 1-es görbe kiindulási potenciálértéke a legalacsonyabb; a heptaglükonátion koncentrációjának növelésével ez az érték is nő (állandó, [OH ] T = 0,25 M mellett), ami azt mutatja, hogy a kiindulási szabad OH koncentrációja egyre kisebb. Ez magyarázható azzal, hogy a Hpgl valóban sav-bázis reakcióba lép a hidroxidionnal. Ugyanakkor, bár a két komponens aránya széles tartományban változik, a legalsó és legfelső görbék kezdőpontja közti különbség mindössze ~5 mv, ami arra utal, hogy a ligandum gyenge sav. Az adatsorokat a PSEQUAD programmal értékeltük [7]. Alaprészecskeként a H + -t, Na + -t, és a Hpgl -t vettük figyelembe. Az együttes illesztés végeredményeként a mért és a program által számolt értékek közti átlagos eltérés 0,58 mv-nak adódott. A savi állandó értékére logk s = 13,41 ± 0,01-ot kaptunk, amiből OH -nal felírva az egyensúlyt: logk = logk s + pk w = 0,36 ± 0,01 a mi körülményeink között. Az eredmény alapján a Hpgl erősen lúgos közegben az alifás alkoholokhoz hasonló gyenge savként viselkedik, savi állandója pedig hasonló a glükonátionra mások által kapott értékhez [8] 2. A folyamat során HpglH 1 anion keletkezik. A következő lépésben a komplexképződést vizsgáltuk Ca 2+ -ok jelenlétében. A titrálási görbék mért és számolt értékeit az 1. ábrán mutatjuk be. Az ábra alapján a kiindulási potenciálértékek által átfogott tartomány kb. 25 mv, ami jelentős mértékű effektusra utal. A sav-bázis folyamat hatására bekövetkező OHdeprotonálódás azonban jóval kisebb mértékű, ezért önmagában nem tudja magyarázni az észlelt folyamatot. Valószínűleg olyan komplex képződik, mely a fémion indukálta deprotonálódás mellett további hidroxidionokat is megköt. Az értékelés során alaprészecskeként a H + -t, Na + -t, Ca 2+ -t és a Hpgl -t vettük figyelembe. Számoltunk a CaOH + képződésével is (logβ 1 = 0,97 ± 0,02) [9]. A legjobb modell esetén az együttes illesztés 0,66 mv átlagos eltérést adott végeredményül. Két komplex képződése valószínű: a CaHpgl(OH) és Ca 3 (Hpgl) 2 (OH) 4, mindkettő töltéssemleges. Az egymagvú komplex esetén logβ 2 = 2,87 ± 0,01, a hárommagvú esetén logβ 3 = 12,97 ± 0,01 (alaprészecskeként a OH -t felírva). Utóbbi, különleges és kiemelkedő stabilitással bíró részecskére más, hasonló ligandumok esetén nem találtunk irodalmi példát. A vizsgált rendszer eloszlási görbéjén (2. ábra) látható, hogy a ph növekedésével egyértelműen ez válik domináns részecskévé, 276

277 képződése pedig nagyban függ az oldat teljes OH-koncentrációjától. Az ábra alapján az egyensúlyi Ca 2+ koncentrációja jelentősen csökken a ph növelésével. 1. ábra: A Ca 2+ -t, Hpgl -t és OH -t tartalmazó oldatok titrálási görbéi. A szimbólumok a mért, míg a folytonos vonalak a számolt értékekre vonatkoznak (T = 25,00 ± 0,02 C, I = 1 M); [OH ] T = 0,25 M. [Hpgl ] T és [Ca 2+ ] T pontos értékei: 5: 0,0499 M; 0,0249 M. 6: 0,0500 M; 0,0373 M. 7: 0,0999 M; 0,0499 M. 8: 0,0999M; 0,0746 M; 9: 0,1497 M; 0,0749 M. 10: 0,1497M; 0,0995 M. 11: 0,1498M; 0,1242 M 2. ábra: A Ca 2+, CaOH +, CaHpgl(OH) és Ca 3 (Hpgl) 2 (OH) 4 koncentrációeloszlási görbéi a számolt ph függvényében (T = 25,00 ± 0,02 C, I = 1 M). [Ca 2+ ] T = 0,1242 M, [Hpgl ] T = 0,1498 M [OH ] T = 0,2500 M 277

278 Mind CaHpgl(OH), mind a Ca 3 (Hpgl) 2 (OH) 4 komplex képződése csökkenti az oldatbeli alaprészecskék koncentrációját, ez a hatás különösen az utóbbinál jelentős, mert több részecskét fogyaszt és nagy mennyiségben képződik. Ha tehát valóban hárommagvú komplex keletkezik, akkor ennek a folyamatnak jelentős részecskeszám-változással kell járnia. Ez a hatás pedig meg fog mutatkozni az oldat kolligatív sajátságaiban, így a fagyáspontcsökkenésben is. Erre a célra olyan rendszereket állítottunk össze, melyekben várhatóan nagymértékű lesz a komplexképződés. Ugyan a fagyáspontcsökkenés az oldat molalitásával arányos, feltételeztük, hogy oldataink kellően hígak, így a molalitás és molaritás egyenlőnek tekinthető. A mért és számolt értékek az 1. táblázatban láthatók. 1. táblázat: A fagyáspontcsökkenés változása a oldatokban Oldat [OH ] T [Hpgl ] T [Ca 2+ ] T (M) (M) (M) ΔT m,max ( C) ΔT m,exp ( C) ΔT m,theo ( C) 12 0, ,90 0, , ,47 0, , ,33 0, ,1179 0,66 0, , ,60 0, ,2427 0,1600 0,1177 1,56 1,02 0, ,1262 0,1600 0,1177 1,13 0,63 0, ,0874 0,1600 0,1177 0,98 0,48 0,68 Azokban az oldatokban, melyek a komponenseket külön-külön tartalmazzák (12-16.), a számolt értékek (ΔT m,max ) jó egyezésben vannak a mértekkel (ΔT m,exp ). Az utolsó három rendszer esetén azonban az utóbbi jóval kisebb, mint ami akkor lenne, ha nem lenne semmiféle asszociációs folyamat. Ez az eltérés egyértelmű, kvalitatív bizonyítékát adja a komplexképződésnek, különösen a hárommagvú komplex létezésének. ΔT m,exp értékei pedig jól korrelálnak a 25 C-on és 1 M ionerősségen érvényes stabilitási állandókból számított várható értékekkel (ΔT m,theo ). A képződő komplexek másik jellegzetes tulajdonsága, hogy töltésük semleges. Ennek következtében az oldat vezetéséhez nem járulnak hozzá, ugyanakkor képződésük nagy moláris fajlagos vezetésű OH -okat fogyaszt, így azok hozzájárulása a vezetéshez csökken. Ez alkalmat ad a részecskék létezésének bizonyítására konduktometriás módszerrel is. A méréseket úgy terveztük meg, hogy a hígulás okozta hatást is figyelembe tudjuk venni. A konduktometriás titrálási görbéket a 3. ábra szemlélteti. Abban az esetben, mikor a két komponenst víz helyett NaOH-dal titráljuk, a mért vezetés közel állandó, illetve enyhén csökken; szemben azzal az intenzív növekedéssel, ha vizet titrálunk NaOH-dal. Ez egyértelműen mutatja, hogy a NaOH alig járul hozzá a teljes vezetéshez, ha Ca 2+, Hpgl és OH is jelen van a rendszerben. Mindez pedig a komplexképződést igazolja. A mérési adatok feldolgozását szintén a PSEQUAD-dal végeztük. Feltételezni kellett, hogy a moláris fajlagos vezetés értéke nem függ a koncentrációtól. Ez valójában az értékelés eredményét csak közelítővé, félkvantitatívvá teszi. Ekkor a NaOH 0 -ionpár képződésének figyelembevételével a számolt értékek jól illeszkednek a kísérleti adatpontokra. Az értékelés során meghatároztuk az egyes oldott anyagok moláris fajlagos vezetéseit, a megfelelő ionok λ +, illetve λ értékeit a megfelelő átviteli számokra vonatkozó irodalmi adatok segítségével számítottuk [10]. Az adatsorok együttes illesztése során a mért 278

279 és számolt értékek közti átlagos eltérés 0,63 ms-nek adódott; a CaHpgl(OH) stabilitási állandójára logβ 1 = 3,1 ± 0,5-ot, a Ca 3 (Hpgl) 2 (OH) 4 esetén logβ 3 = 12,1 ± 1,9-et kaptunk. Az értékek jól közelítik a potenciometriás mérések során kapottakat. 3. ábra: Konduktometriás titrálási görbék. A szimbólumok a mért, míg a folytonos vonalak a számolt értékekre vonatkoznak ( T = 25,0 ± 0,2 C). A nyilak jobb oldalán a titrált oldatok vannak feltüntetve, bal oldalán pedig a titráló oldatok Irodalomjegyzék: [1] Kongdee A:, Bechtold T.; Carbohydrate Polymers 56, 2004, [2] Bechtold T., Burtscher E., Turcanu A.; Dalton Transactions, 2002, [3] Pallagi A., Sebők P., Forgó P., Jakusch T., Pálinkó I., Sipos P.; Carbohydrate Research 345, 2010, [4] Van Loon L. R., Glaus M. A., Vercammen K.; Journal of Solution Chemistry 33, 2004, [5] Gyurcsik B., Nagy L.; Coordination Chemistry Reviews 203, 2000, [6] Vercammen K.: Complexation of Calcium, Thorium and Europium by α- Isosaccharinic Acid under Alkaline Conditions; Diss. Naturwissenschaften ETH Zürich, Nr , 2000, 43. [7] Zékány L., Nagypál I., Peintler G.; PSEQUAD for Chemical Equilibria, Update , ( ) [8] Zhang Z., Gibson P., Clark S. B., Tian G., Zanonato P. L., Rao L.; Journal of Solution Chemistry 36, 2007, [9] Pallagi A., Tasi Á., Gácsi A., Csáti M., Pálinkó I., Peintler G., Sipos P.; Central European Journal of Chemistry 10, 2012, [10] Dobos Dezső: Elektrokémiai táblázatok, Műszaki Könyvkiadó, Budapest,

280 POLIPIRIDIL LIGANDUMOK ÁTMENETIFÉMIONOKKAL ALKOTOTT KOMPLEXEI Matyuska Ferenc 1, Gajda Tamás 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai kémiai Tanszék, Szeged, Dóm Tér 7. Nitrogéntartalmú poliheterociklikus ligandumok fémkomplexeinek a vizsgálatával már igen régóta foglalkoznak. Ezek közül a legismertebb a 2,6-bisz(2-piridil)piridin (terpiridin). A terpiridin származékának tekinthető az általunk vizsgált két ligandum is, a 2,3,5,6-tetrakisz(2-piridil)pirazin (tppz) és a 2,4,6-trisz(2-piridil)triazin (tptz). 1. ábra: 2,3,5,6-tetrakisz(2-piridil)pirazin és a 2,4,6-trisz(2-piridil)triazin szerkezete E vegyületek egy-. két- és háromfogú ligandumként is viselkedhetnek, sőt kétmagvú komplexek kialakulására is lehetőség nyílhat. Bár az irodalomban e két ligandum több fémionnal alkotott komplexének röntgenszerkezetét is közölték már, oldategyensúlyi szempontból az ismeretek még a 3d fémionok esetén is rendkívül hiányosak. A munkánk célja az volt, hogy a ligandumok réz(ii)-, cink(ii)-, kobalt(ii)-, nikkel(ii)-, mangán(ii)- illetve vas(ii)-ionokkal alkotott komplexeinek oldategyensúlyi vizsgálatát elvégezzük. Másrészt kiváncsiak voltunk, hogy a fémionok körül kialakuló, várhatóan feszült szerkezet hogyan befolyásolja a komplexek oxidációs folyamatok katalizátoraiként való alkalmazhatóságát, ezért megvizsgáltuk milyen hatásfokkal képesek katalizálni fenti komplexek a ditercbutil-pirokatechin dioxigénnel való reakcióját. Az oldategyensúlyi vizsgálatokat ph-potenciometriás mérésekkel kezdtük. Ebből kiderült, hogy ph = 2 körül már nincs szabad fémion a rendszerben, így a komplexek stabilitási állandói ezekből mérésekből nem határozhatóak meg. Ezért a fő alkalmazott módszerünk a spektrofotometriás titrálás volt, amit kiegészítettünk fluorimetriás mérésekkel és szemiempírikus kvantumkémiai számolásokkal. A 2. ábrán példaként a tppz liugandum Cu(II)-vel való titrálásakor keletkező spektrumsor látható. 280

281 Abszorbancia 2. ábra: A Cu(II)-tppz titráláskor keletkező spektrumsor 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Hullámhossz (nm) Eredményeink szerint mind a tppz, mind a tptz előszeretettel alkot mono- és biszkomplexeket, melyeknek stabilitása nagyobb (tppz) mint, ill. hasonló (tptz) a terpiridin komplexeihez. Kétmagvú komplexek képződésére csak a tppz és a késői átmenetifémek esetén láttunk bizonyítékot. Minden valószínűség szerint tridentát koordinációs mód jellemző a rendszerre, amit szemiempírikus számításokkal igazoltunk. A kinetikai vizsgálatok során kiderült, hogy mindkét ligandum esetén a kobalt és mangán-komplexek voltak képesek aktiválni a dioxigént, így katalizálni a dtbc oxidációját. A mért sebességi állandó ph profil maximum görbe szerint változik, és mindkét ligandum esetén a kobaltot tartalmazó rendszerben mértünk alacsonyabb ph-optimumot. Ez az előadás a TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV azonosító számú, Kutatóegyetemi Kiválósági Központ létrehozása a Szegedi Tudományegyetemen című projekt keretében jött létre 281

282 Al(III)-GLÜKONÁT RENDSZER OLDATSZERKEZETI VIZSGÁLATA BAYER-TÍPUSÚ OLDATOKBAN Tasi Ágost Gyula 1, Pallagi Attila 1, Sipos Pál 1, Peintler Gábor 3, Pálinkó István 2 1 Szegedi Tudományegyetem, Anyag- és Oldatszerkezeti Kutatócsoport, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720, Szeged, Dóm tér 7. 2 Szegedi Tudományegyetem, Anyag- és Oldatszerkezeti Kutatócsoport, Szerves Kémiai Tanszék, 6720, Szeged, Dóm tér 8. 3 Szegedi Tudományegyetem, Anyag- és Oldatszerkezeti Kutatócsoport, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, 6720, Szeged, Aradi Vértanúk Tere 1. Bevezetés A nyers bauxitból történő alumínium kinyerése a timföldgyártással kezdődik, melynek elsőszámú technológiája a Bayer-eljárás. Ezen művelet két fő folyamatból áll, a feltárásból és a kikeverésből. A feltárás során tömény NaOH oldattal szelektíven kioldják az érc alumínium tartalmát, Na[Al(OH) 4 ] formájában, majd a kikeverés alatt a gibbszit kikristályosítása és leszűrése történik meg. Mind a feltárást, mind pedig a kikeverést igen jelentősen befolyásolja számos tényező. Ilyen faktorok például a jelenlévő szerves, ill. szervetlen szennyező komponensek, amelyek a képződő alumináttal komplexeket képezhetnek, illetve a kiváló timföld felületére is adszorbeálódhatnak, csökkentve ezzel a technológia hatékonyságát. Komplexképző szennyezők közül legfontosabbak a cukorkarboxilátok. Az aldonsavak a megfelelő aldózokból képződhetnek oxidatív behatásra, a leggyakoribb a D-glükózból, másnéven szőlőcukorból származtatható D-glükonsav, illetve D-glükonát (a továbbiakban: Gluc ). Az irodalomban leírtak szerint a Gluc egy közismert kristályosodási mérge a gibbszitnek, Bayer-típusú, erősen lúgos oldatokban [1]. Ugyanakkor más publikációk [2,3] alapján az erősen lúgos ph-tartományon belül nincs kölcsönhatás közte és az Al(III) között. A munkánk során ezt az ellentmondást próbáltuk feloldani az Al(OH) 4 és Gluc lúgos (ph > 12) oldatokban lejátszódó kölcsönhatásának ph-potenciometriás, multinukleáris NMR illetve Raman spektroszkópiás, konduktometriás, polarimetriás és fagyáspont csökkenésének vizsgálatával. Kísérleti rész A megfelelő összetételű minták minden esetben koncentrált oldatok hígításaival készültek el. A karbonátmentes tömény lúg előállítása szilárd NaOH oldásával (Spectrum 3D, a.r.) és a kiváló Na 2 CO 3 szűrésével (Pall Corporation Vesapor 450, 0,45μm-es szűrőmembrán segítségével) történt. A pontos koncentrációját piknométerrel történő sűrűség-meghatározás alapján számoltuk ki, az irodalomban [4] leírt sűrűség koncentráció függvény alapján. Az Al(OH) 4 oldat előállítását kis mértékben módosítva, szintén az irodalomban leírtak szerint végeztük. [5] Az Al(OH) 3 csapadékkiválás elkerülése érdekében 8,00 M-os NaOH oldatokban oldottunk fel ismert mennyiségű alumínium drótot (J. M. & Co, Super pure ). Az így elkészített és leszűrt tömény aluminát oldat pontos koncentrációját a tömegveszteségek és a sűrűsége alapján határoztuk meg. Az alkalmazott mérőműszertől függően az egyes oldatsorozatok bemérési Gluc (Sigma-Aldrich, min. 99%) és Al(OH) 4 koncentrációi, [Gluc ] tot = 0,10 0,20 M és [Al(OH) 4 ] tot = 0,00 0,40 M között változtak. Minden esetben az egyik komponens analitikai koncentrációjának 282

283 állandó értéken tartása mellett változtattuk a másik komponens bemérési koncentrációját. A teljes hidroxidion koncentrációt feleslegben adott lúgoldattal értük el. A polarimetriás mérések esetében az I = 1,00 M-os ionerősséget NaCl-dal (Spectrum 3D, a.r.) állítottuk be. A ph-potenciometriás méréseket egy H 2 /Pt elektróddal ellátott Metrohm 888 Titrando berendezéssel végeztük. Az NMR spektrumokat Bruker Avance DRX 500 Hz-es NMR spektrométerrel rögzítettük (20,00 v/v% D 2 O). Az integrálás alapjául szolgáló 1 H NMR mérések során különös figyelmet szenteltünk az egyes paraméterek állandó értéken tartására. A polarimetriás méréseket egy Lippich-féle polariméteren végeztük (2 dm-es optikai úthossz, Na-lámpa). A Raman spektrumokat egy Ocean Optics benchtop Raman készülékkel vettük fel. A fagyáspontcsökkenés méréseket konyhasóból, vízből és jégből összeállított hűtőkeverékben végeztük Beckmann hőmérő (ΔT = 0,01 C) segítségével és az adatokat a víz molális fagyáspont-csökkenéséhez (ΔT m = 1,86 kg. mol -1. K -1 ) hasonlítottuk. A konduktometriás méréseket egy CMD510 Bench meter konduktométerrel kiviteleztük. Az összes mérés során a hőmérsékletet mindig állandó, T = 25,0 ± 0,1 C értéken tartottuk. Az adatok kiértékeléséhez a PSEQUAD nevű programcsomagot használtuk. [6] Eredmények Az Al(OH) 4 és Gluc közötti kölcsönhatás vizsgálatára multinukleáris NMR spektroszkópiát alkalmaztunk. Egy általunk felvett oldatsorozat 27 Al NMR-spektrumán (1. ábra.), a 81 ppm körül észlelt, Al(OH) 4 27 Al NMR korrigált jele a Gluc koncentrációjának növelésével fokozatosan kiszélesedett, [Gluc ] tot /[Al(OH) 4 ] tot 2,00 esetében pedig szinte teljesen beleolvadt az alapvonalba, amely egyértelműen jelzi az oldatbeli részecske kémiai környezetének megváltozását. 1. ábra. Az Al(OH) 4 27 Al NMR spektrumai [Gluc ] tot koncentráció növelésének függvényében ([Gluc ] tot /[Al(OH) 4 ] tot = 0,0 (a.); 1,0 (b.); 2,0 (c.); 5,0 (d.)); [Al(OH) 4 ] tot = 0,20 M; [OH ] tot = 0,40 M. Egy másik oldatsorozat 1 H NMR-spektrumain az [Al(OH) 4 ] tot koncentrációjának növelésével újabb 1 H NMR csúcsok is megjelentek, egyértelműen igazolva az Al(OH) 4 és Gluc közötti komplexképződést erősen lúgos közegben ([OH ] tot = 0,20 M). Az Al(OH) 4 -ot és Gluc -ot tartalmazó lúgos oldatok mért ph-potenciometriás titrálási görbéje szinte teljesen egybeesett az azonos körülmények között mért Al(OH) 4 283

284 mentes oldatok titrálási görbéivel. Ezek az eredmények megegyeznek a korábban közölt eredményekkel [2,3], melyek alapján arra következtettek, hogy erősen lúgos körülmények esetén nincs kölcsönhatás a részecskék között. NMR eredményeink alapján viszont képződik komplex. Következésképpen ez a folyamat nem jár bruttó ph-változással. A kölcsönhatás létének további megerősítéséhez a fagyáspont csökkenés mérése tűnt egy kézenfekvő megoldásnak. Három oldatot mértünk meg, ezek közül két oldat különkülön tartalmazta a lúgos aluminát oldatot és a Na-D-glükonát oldatát, majd a harmadik oldat [Gluc ] tot /[Al(OH) 4 ] tot = 1,00 arányú volt. A mérések megmutatták, hogy a harmadik oldatunk fagyáspont csökkenésének, a mért és a maximálisan kapható értéke közötti eltérés jelentős mértékű, ΔT = 1,28 o C, ami egy ékes bizonyítéka annak, hogy valóban képződik valamilyen komplex a két részecske között erősen lúgos körülmények esetén is. A Gluc kötőhelyeinek azonosítása céljából [Gluc ] tot /[Al(OH) 4 ] tot = 1,00 arányú oldatnak a 1 H NMR spektrumait rögzítettük különböző hőmérsékleteken. Megállapítottuk, hogy a kémiai csere a szabad Gluc és annak Al(OH) 4 -tal képzett komplexe(i) között 20 C alatt lassú, 40 C felett pedig gyors az NMR időskálán, azonban az egyes individuális csúcsok szétválasztása nem egyértelmű a jelentős átfedések miatt. Az eddigi eredmények alapján tehát kijelentettük, hogy a Gluc 2-es, illetve a 3-as C-atomjához tartozó OHcsoportja valószínűsíthetően részt vesz az Al(OH) 4 -tal való komplexképzésben, mivel Al(OH) 4 hozzáadására a Gluc azon 1 H NMR jelei szélesedtek ki a legjelentősebb mértékben, továbbá az NMR időskálán a gyors csere felé haladva e jelek területei nőttek meg a legjelentősebb mértékben. A kölcsönhatás bizonyítása után a komplexképződés kvantitatív jellemzését kíséreltük meg, legelőször 1 H NMR segítségével és felvettük különböző ([OH ] tot = 0,50 1,67 M ) azonos összetételű oldatsorozatok 1 H NMR spektrumait (2.ábra). 2. ábra. A [Gluc ] tot = 0,200 M, [Al(OH) 4 ] tot = 0,000 0,400 M, [OH ] tot = 0,500 M koncentrációjú oldatsorozat 1 H NMR spektrumai, az integrált csúcsokkal feltüntetve. A kiértékelés során három, viszonylag jól elkülöníthető csúcs integráljait (2.ábra) illesztettük. Megállapítottuk, hogy a mindhárom méréssorozat esetében a legjobb illeszkedést 1:1 arányú komplex feltételezése mellett kaptuk és a komplexképződésünk phfüggetlen folyamatnak tekinthető. A stabilitási állandóra az alábbi érték adódott: 284

285 logk 1,1 = 2,5 ± 0,5 (1) A 1 H NMR mérések, az integrálás relatív bizonytalansága miatt változó adatot szolgáltattak nekünk a stabilitási állandó értékéről, így a további pontosítás érdekében polarimetriát alkalmaztunk A polarimetria segítségével az oldataink forgatási szögét tudjuk megmérni, illetve ennek a változása alapján képesek vagyunk az egyes moláris forgatási szögek becslésére is. Az előzetes kísérleteinkre alapozva elkészítettünk két oldatsorozatot különböző [OH ] tot mellett, I = 1,00 M (NaCl) ionerősségen és megmértük a forgatási szögeiket. 3. ábra. Az I = 1,00 M (NaCl), [OH ] tot = 0,65 M, [Gluc ] tot = 0,10 M, illetve [Al(OH) 4 - ] tot = 0,04 0,25 M koncentrációjú oldatok forgatóképességének változása. Az eredmények kiértékelésekor az alábbi adatokat kaptuk: logk 1,1 = 2,53 ± 0,16 ([OH ] tot = 0,25 M), (2) illetve: logk 1,1 = 2,18 ± 0,19 ([OH ] tot = 0,65 M). (3) A polarimetria által szolgáltatott eredmények egyrészt megerősítik az 1 H NMR mérések eredményét, másrészt azt mutatják, hogy a stabilitási állandó értéke csak nagy hibával számolható. A rendszerben észlelhető effektus nem elég nagy ahhoz, hogy viszonylag pontosan meghatározzuk a stabilitási állandót független mérések alapján. Ebből adódóan további lehetőségek nem rejlenek ebben a módszerben. A konduktometriás titrálások segítségével kimutattuk, hogy a komplexképződés során a rendszerben jelentős mértékű vezetésbeli változás tapasztalható. Ez a kialakuló komplex részecske vezetőképességéhez köthető, hiszen azzal, hogy a koordinálódás során nincs bruttó ph-változás, kijelenhető, hogy egy új, kétszeresen negatív töltésű és egyben nagyobb méretű, kisebb mozgékonyságú részecske ( AlGluc 2 ) képződik a rendszerben. Ahhoz, hogy további következtetéseket vonjunk le konduktometriás mérésekből, nagyobb [Al(OH) 4 ] tot /[OH ] tot arányú törzsoldat elkészítésére lett volna szükség, hogy az észlelt 285

286 effektust ne fedje el a feleslegben lévő NaOH, ilyen oldatok elkészítése viszont lehetetlen az Al(OH) 3 csapadék kiválásának következtében. A Raman spektroszkópiás előkísérleteink során felvettük egy háromtagú oldatsorozat spektrumait és megállapítottuk, hogy az Al(OH) 4 részecske szimmetrikus vegyértékrezgéséhez köthető csúcs intenzitása (~620 cm -1 hullámszámnál) a [Gluc ] tot növelésének hatására fokozatosan lecsökkent, jelezve a komplex kialakulását. További következtetéseket azonban nem vonhattunk le, mivel a jelek intenzitása nagy mértékben függött a háttérkorrekció módjától. 4. ábra. Az [OH ] tot = 0,40 M, [Al(OH) 4 - ] tot = 0,40, illetve [Gluc ] tot = 0,00 (a.); 0,20 (b.); 0,40 (c.) M koncentrációjú oldatok korrigált Raman spektrumain kiemelt Al(OH) 4 - részecske szimmetrikus vegyértékrezgésének változása. Összefoglalva kijelenthetjük, hogy az Al(OH) 4 és Gluc részecskék között erősen lúgos körülmények mellett ph-független komplexképződés tapasztalható (log K 1,1 = 2,5 ± 0,5), amely megmagyarázza, hogy miért nem észlelték korábban a potenciometria módszerével a kölcsönhatást. A Gluc 2-es, illetve a 3-as C-atomjához tartozó OH-csoportja valószínűsíthetően részt vesz az Al(OH) 4 -tal való komplexképzésben, azonban annak eldöntésére, hogy a komplex oktaéderes vagy tetraéderes geometriával rendelkezik-e (azaz, hogy a Gluc karboxilát csoportja koordinálódik-e az aluminát részecskéhez) további vizsgálatok szükségesek. Irodalomjegyzék [1] D. S. Rossiter, D. Ilievski, P. G. Smith,G. M. Parkinson, Chem. Eng. Res. Des,. (1996), 74 A7, 828. [2] A. Lakatos,T. Kiss, R. Bertani, A. Venzo, V. B. Di Marco, Polyhedron, (2008), 27, [3] R. J. Motekaitis, A. E. Martell, Inorg Chem., (1984), 23, 18. [4] P. Sipos, G. Hefter, and P. M. May, Journal of Chemical and Engineering Data, (2000), 45, 613. [5] P. Sipos, G. Hefter, and P. M. May, Aust. J. Chem (1998), 51, [6] L. Zékány, I. Nagypál, G. Peintler, PSEQUAD for Chemical Equilibria,(2002), Upd.:

287 A KONFERENCIA ELŐADÓI Név Intézmény cím Amadej Juranivic UL (SLO) Babay-Bognár Krisztina ELTE Bagi Péter BME Bálint Erika BME Balogh Attila BME Berki Péter SZTE Bognár Márta Gabriella SZTE Bölcskei Adrienn BME Czeglédi Eszter SZTE Czirok János Balázs BME Dancs Ágnes SZTE Dávid Ágnes DE Deák Szilvia BME Ditrói Tamás DE Dr. Kalmár Éva SZTE Erdei Anikó DE Erdélyi Zsuzsa BME Erdős Máté BME Farkas Gergely PE Gecse Zsanett SZTE Grecsó Nóra SZTE Gyenese Judit BME Gyevi-Nagy László SZTE Hadházi Ádám DE Hancsákné Dudás Csilla SZTE Ható Zoltán PE Jablonkai Erzsébet BME Kánnár Dániel PTE Kecenovic Egon SZTE Kecskeméti Ádám DE Kiss Nóra Zsuzsa BME 287

288 Név Intézmény cím Koczka Péter István DE Kormányos Attila SZTE Kótai Bianka MTA TTK Kovács Ervin BME Kovács Krisztina MTA EK Kovács Rita BME Krekuska Hajnalka SZTE Kutus Bence SZTE Lopata Anna MTA TTK Marozsán Natália DE Matyuska Ferenc SZTE Metzinger Anikó SZTE Mizsei Réka MTA TTK Molnár Kristóf SE Mótyán Gergő SZTE Muráth Szabolcs SZTE Nagy Andrea DE Nagy Dávid BME Németh Tamás BME Osváth Zsófia ELTE Őri Zsuzsanna PTE Pajtás Dávid DE Pál Dávid BME Pállai Zoltán SZTE Pálmai Marcell MTA TTK Pásztor Szabolcs MTA TTK Pecznyik Csilla BCE Péter Nóra SZTE Rácz Anita DE Rádi József PE Samu Gergely Ferenc SZTE Sándor Viktor PTE Sas Judit SZTE 288

289 Név Intézmény cím Schuszter Gábor SZTE Solti Katalin BME Soós Anita BCE Szabados Erika MTA EK Szabó Johanna SZTE Szabó Tamás MTA TTK Szeleczky Zsolt BME Szikszai Dorina DE Szőnyegi Zoltán ELTE Szuroczki Péter PTE Tasi Ágost Gyula SZTE Timári István DE Tóbiás Roland SZTE Tollár Ágnes Nikolett PE Tonkó Csilla BME Torma Krisztián DE Tóth Karolina BME Tóth Viktor SZTE Tóth Zita SZTE Tóth Zoltán PE Török Judit SZTE Turczel Gábor BME Udvardy Antal DE Varga Gábor SZTE Varró Gábor BME Voronova Krisztina DE 289

290 A rendezvény támogatói: MTA Szegedi Akadémiai Bizottság Magyar Kémikusok Egyesülete 290