XXXVII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Átírás

1 Magyar Kémikusok Egyesülete Csongrád Megyei Csoportja és a Magyar Kémikusok Egyesülete rendezvénye XXXVII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPK Program és előadás-összefoglalók Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza Szeged, november 3-5.

2 Szerkesztették: Bohner Bíborka és Endrődi Balázs SZTE TTIK Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék ISBN

3 A MAGYAR KÉMIKUSK EGYESÜLETE ÁLTAL NÍVÓDÍJJAL KITÜNTETETT DIPLMADLGZATK A ÉVBEN 3

4 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDMÁNYI EGYETEM (BME) DÉMUTH BALÁZS: L-Treitol alapú koronaéterek szintézise és enantioszelektív reakciók vizsgálata PATCSKAINÉ KUNSÁGI ÉVA (KUNSÁGI-MÁTÉ ÉVA): Mezopórusos Ti 2 vékonyrétegek előállítása és vizsgálata NÉMETH TAMÁS: Enantiomertiszta akridino-18-korona-6-éter sze-lektort tartalmazó királis állófázisok előállítása és vizsgálata VARRÓ GÁBR: A transz-dihidro-narciklazin sztereoszelektív totálszintézise DEBRECENI EGYETEM (DE) FEHÉR PÉTER PÁL: A szulfonált alizarin és palládium-komplexének elméleti vizsgálata: funkcionált tesztelések és spektrum szimulációk EÖTVÖS LRÁND TUDMÁNYEGYETEM (ELTE) TÓTH ZSUZSANNA: Alsó becslés molekulák energiaszintjeihez VÖRÖS TAMÁS: [H, C, N, Se]-izomerek vizsgálata mátrixizolációs spektroszkópiával PANNN EGYETEM (PE) KISS MELITTA PATRÍCIA: Szamárium(III)-porfirinek képződésének reakciókinetikai vizsgálata PALTAI BALÁZS: Alacsony hőmérsékletű technológiai áramok hasznosítása PÉCSI TUDMÁNYEGYETEM (PTE) HRVÁTH BARBARA: ptikai nanoszenzor fejlesztése intracelluláris ph méréshez és képalkotáshoz MIKLE GÁBR: Szteránvázas jódalkén palládium-katalizált diasztereoszelektív aminokarbonilezése SZEGEDI TUDMÁNYEGYETEM (SZTE) MESTERHÁZY EDIT ÉVA: Interaction of copper(i) with 12-mer peptides mimicking the metal binding domain of CueR, a copper-efflux regulator REMETE ATTILA MÁRIÓ: Új, fluortartalmú funkcionalizált ciklusos β-aminosavszármazékok szintézise 4

5 ÁTTEKINTŐ PRGRAM november 3. hétfő Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza, díszterem Regisztráció Megnyitó Dr. Hannus István, egyetemi tanár A Magyar Kémikusok Egyesülete Csongrád Megyei Csoportjának elnöke Nívódíjak átadása Androsits Beáta Magyar Kémikusok Egyesülete, ügyvezető igazgató Dr. Kiss Tamás, egyetemi tanár Magyar Kémikusok Egyesülete Intézőbizottság alelnöke Áramlásos kémia, szakértői rendszerek, nanotechnológia és műszerek: integrációs tapasztalatok Előadó: Dr. Darvas Ferenc a ComGenex, a ThalesNano és a Comergen alapítója Ebédszünet Nívódíjas előadások szekciója I. Elnök: Dr. Kiss Tamás egyetemi tanár Szünet Nívódíjas előadások szekciója II. Elnök: Dr. Wölfling János egyetemi tanár Kávészünet 5

6 Szerves kémia I. Elnök: Dr. Mernyák Erzsébet tudományos munkatárs Fogadás Helyszín: Vármegye étterem, 6722 Szeged, Rákóczi tér november 4. kedd Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza, 110. terem Fizikai Kémia Elnök: Dr. Horváth Dezső egyetemi docens Szünet Elméleti Kémia Elnök: Dr. Körtvélyesi Tamás egyetemi docens Szünet Analitikai Kémia Elnök: Dr. Galbács Gábor egyetemi docens Szünet Környezeti Kémia, Kémiai Technológia Elnök: Dr. Halász János címzetes egyetemi tanár Kávészünet Szerves Kémia II. Elnök: Dr. Frank Éva egyetemi adjunktus Szünet 6

7 Szerves Kémia III. Elnök: Dr. London Gábor tudományos munkatárs november 5. szerda Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza, 110. terem Szerves Kémia IV. Elnök: Dr. Szőllősi György tudományos főmunkatárs Kávészünet Kolloid- és Polimerkémia Elnök: Csákiné Dr. Tombácz Etelka egyetemi tanár Szünet Katalízis Elnök: Dr. Pálinkó István egyetemi docens Kávészünet Anyagtudomány Elnök: Dr. Gajda Tamás egyetemi tanár 7

8 RÉSZLETES PRGRAM november 3. hétfő Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza, díszterem Regisztráció Megnyitó Dr. Hannus István, egyetemi tanár A Magyar Kémikusok Egyesülete Csongrád Megyei Csoportjának elnöke Nívódíjak átadása Androsits Beáta Magyar Kémikusok Egyesülete, ügyvezető igazgató Dr. Kiss Tamás, egyetemi tanár Magyar Kémikusok Egyesülete Intézőbizottság alelnöke Áramlásos kémia, szakértői rendszerek, nanotechnológia és műszerek: integrációs tapasztalatok Előadó: Dr. Darvas Ferenc a ComGenex, a ThalesNano és a Comergen alapítója Szünet Nívódíjas előadások szekciója I. Elnök: Dr. Kiss Tamás egyetemi tanár A szulfonált alizarin és palládium-komplexének elméleti vizsgálata: funkcionál tesztelések és spektrum szimulációk Fehér Péter Pál (DE) ptikai nanoszenzor fejlesztése intracelluláris ph méréshez és képalkotáshoz Horváth Barbara (PTE) 8

9 Szamárium(III)-porfirinek képződésének reakciókinetikai vizsgálata Kiss Melitta Patrícia (PE) A réz-efflux szabályzó CueR fehérje fémkötő szakaszát utánzó paptidek kölcsönhatása réz (I) ionnal Mesterházy Edit Éva (SZTE) Mezopórusos Ti2 vékonyrétegek előállítása és vizsgálata Patocskainé Kunsági Éva (BME) [H, C, N, Se]-izomerek vizsgálata mátrixizolációs spektroszkópiával Vörös Tamás (ELTE) Szünet Nívódíjas előadások szekciója II. Elnök: Dr. Wölfling János egyetemi tanár L-Treitol alapú királis koronaéterek előállítása, monoszacharid alapú makrociklusokkal megvalósított enantioszelektív reakciók vizsgálata Démuth Balázs (BME) Szteránvázas jódalkén palládium-katalizált diasztereoszelektív aminokarbonilezése Mikle Gábor (PTE) A folyamatos áramlásos kémia alkalmazása új, királis HPLC oszlopok előállítására Németh Tamás (BME) Új, fluortartalmú funkcionalizált ciklusos β-aminosav származékok szintézisei Remete Attila Márió (SZTE) A (±)-transz-dihidro-narciklazin sztereoszelektív totálszintézise Varró Gábor (BME) 9

10 Kávészünet Szerves kémia I. Elnök: Dr. Mernyák Erzsébet tudományos munkatárs Egy új frusztrált Lewis-pár reaktivitás: diotróp átrendeződés Dorkó Éva (MTA TTK) Újszerű reszolváló ágensek és technológiák alkalmazása a diasztereomer sóképzéses reszolválásban Fődi Balázs (BME) Aktív metilcsoportot tartalmazó heteroaromás vegyület α- aminosavvá történő átalakítása Gyűjtő Imre (BME) Új, királis trifenilfoszfanon és trifenilfoszfán egységet tartalmazó koronaéterek szintézise Petri László (BME) Új, optikailag aktív, lipofil makrociklusok szintézise és alkalmazhatóságuk Hirsch Edit (BME) Új izoxazol alapú molekulák szintézise Kondacs László András (BME) Diaril-éter származékok előállításának vizsgálata kvantumkémiai számításokkal réz-mediálta kapcsolásokban Szokol Bianka (BME) Klóratommal vagy alliloxicsoporttal szubsztituált, illetve szubsztituálatlan enantiomertiszta piridino-, illetve piperidinokoronaéter származékok Rojik Eszter (BME) Fogadás Helyszín: Vármegye étterem 6722 Szeged, Rákóczi tér. 1 10

11 2014. november 4. kedd Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza, 110. terem Fizikai Kémia Elnök: Dr. Horváth Dezső egyetemi docens A hidrogénion diffúziós együtthatójának meghatározása hidrogélekben Herczegh Tünde Csilla (SZTE) C2 fotoelektrokémiai átalakítása tüzelőanyagokká vezető polimer elektródokon Hursán Dorottya (SZTE) 2,5-Diklór-1,4-benzokinon és szulfition reakciójának kinetikai vizsgálata Kiss Virág (DE) Szén nanocső impregnálás reprodukálhatóságának vizsgálata inverz gázkromatográfiás mérésekkel Gerencsér Fruzsina (PE) Kezeletlen és kationcserével kezelt Na-montmorillonit minták felületi tulajdonságainak meghatározása inverz gázkromatográffal Mészáros Brigitta (PE) Fotoreaktor tesztelése, halogénezett szerves vegyületek klórmentesítése Navradi Nóra és Tóth Tamás (DE) Szünet 11

12 Elméleti Kémia Elnök: Dr. Körtvélyesi Tamás egyetemi docens Többkomponensű elegyek csepp-kondenzációjának vizsgálata Capári Dániel (PE) Víz-HCN elegyek gőz-folyadék határfelületének vizsgálata számítógépes szimulációval - mit mondhatunk a 'HCN világ' elméletéről? Fábián Balázs (BME) Egykomponensű elegyek lobbanáspontjának becslésére szolgáló módszer fejlesztése Kontos János (PE) Hosszú szekvenciájú trichobrachin és hypomurocin peptidek térszerkezeti és folding sajátságainak tanulmányozása Leitgeb Balázs (SZBK) Nemkonvencionális bázisfüggvények alkalmazása a kvantumkémiában Mester Dávid (BME) Kétkomponensű elegyek lobbanáspontjának becslésére szolgáló módszer fejlesztése Rieder Norbert (PE) A klórszilánok hidrolízise Szabó Gergő (BME) Szünet 12

13 Analitikai Kémia Elnök: Dr. Galbács Gábor egyetemi docens S.Ö.R. avagy spektroszkópiás vizsgálatok, összefüggések, rejtélyek a sörgyártás világában Csontos Máté (DE) Szén nanocső tartalmú poli(etilén-tereftalát) polimer kompozitok termikus tulajdonságainak vizsgálata Dörgő Gyula (PE) Minifehérjék térszerkezet-vizsgálata NMR spektroszkópiával Koltai András (ELTE) HPLC-MS/MS módszer kidolgozása és validálása likopszamin farmakokinetikai vizsgálatához Jedlinszki Nikoletta (SZTE) Tripszin immobilizálása többféle felületen fehérjék gyors emésztéséhez, peptidtérkép vizsgálathoz Kecskeméti Ádám (DE) Depszipeptideket felépítő molekulák királis analízise Pataj Zoltán (SZTE) Mitől simul a bőrünk - avagy krémek homogenitásának közeli infravörös spektroszkópiás ellenőrzése Rávai Péter (DE) Szünet Környezeti Kémia, Kémiai Technológia Elnök: Dr. Halász János címzetes egyetemi tanár Potenciális tirozin kináz inhibítorok előállítása kemoenzimatikus kaszkád rendszerekben Csuka Pál (BME) 13

14 Savanyú homoktalaj javítása vörösiszapos talajjal Farkas Éva (BME) Nanorészecskék alkalmazása új típusú enzim aggregátumok előállítására Nagy Flóra (BME) Gyöktranszfer anyagok hatása a fenol VUV-fotolízisére N2 jelenlétében Náfrádi Máté (SZTE) Tojásfehérje alapú készítmények fejlesztése tejtermékekre érzékeny embereknek Németh Csaba (Capriovus Kft.) Ibuprofen, ketoprofen, naproxen és diklofenák vákuumultraibolya fotolízise: Gyöktranszferek hatása Rózsa Georgina (SZTE) Kávészünet Szerves Kémia II. Elnök: Dr. Frank Éva egyetemi adjunktus Újfajta makrociklusos receptorok: pillér[5]arének komplexképzése és alkalmazása Bojtár Márton (BME) Karánvázas aminodiolok sztereoszelektív szintézise, átalakítása és katalitikus aktivitásának vizsgálata Csőr Árpád (SZTE) Ópiát-kannabinoid bivalens ligandumok tervezése, szintézise és in vitro farmakológiai vizsgálata Dvorácskó Szabolcs (SZBK) 14

15 Fluoreszcens lipoprotein származékok előállítása membránasszociált fehérjék vizsgálatához Fiser Gabriella (SZBK) Királis 1,3-aminoalkoholok előállítása, átalakításai és alkalmazása királis katalizátorként Gonda Tímea (SZTE) Telítetlen ciklusos β-aminosavak átalakításai metatézis reakcióval Kardos Márton (SZTE) Szünet Szerves Kémia III. Elnök: Dr. London Gábor tudományos munkatárs γ-laktámok előállítása pirrol-származékok fémorganikus reakciójával Hergert Tamás (BME) Peptid-6-amino-D-luciferin konjugátumok szintézise Kovács Anita (SZTE) Új fejlesztésű heterogén katalizátor vizsgálata kapcsolási reakciókban Magyar Ágnes (BME) Monoszacharid alapú királis koronaéterek szintézise és alkalmazása enantioszelektív katalizátorként Nemcsok Tamás (BME) Kísérletek az aszpidoszpermidóz cukoregységet tartalmazó analogonjának előállítására Hegedüs Bence Márton (MTA TTK) ,3-dihidrokinazolin-4(1H)-onok előállítása zeolit katalízissel Takács Anna (BME) 15

16 2014. november 5. szerda Helyszín: Szegedi Akadémiai Bizottság Székháza, 110. terem Szerves Kémia IV. Elnök: Dr. Szőllősi György tudományos főmunkatárs Nukleozid analógok szintézise tioaddícióval Bege Miklós (DE) Kemoszelektív gyűrűnyitási reakciók vizsgálata kétféle dioxán-acetál védőcsoportot tartalmazó monoszacharidokon Demeter Fruzsina (DE) Új típusú nukleozidanalógok előállítása Kicsák Máté (DE) Mikro-RNS analóg oligopeptid-nukleozidok szintézise Molnár József Dénes (DE) Antitumor hatású 13-epi-ösztron származékok szintézise, szerkezet-hatás összefüggések Pataki Zoltán (SZTE) Biológiailag aktív ösztron-dimerek szintézise Pálházi Balázs (SZTE) Kávészünet Kolloid- és Polimerkémia Elnök: Csákiné Dr. Tombácz Etelka egyetemi tanár Nátrium-dodecil-benzol-szulfonát felületaktivitásának vizsgálatai Boldizsár Tamás (SZTE) 16

17 Természetes töltőanyagok határfelületi kölcsönhatásainak vizsgálata politejsav alapú polimer kompozitokban Kárpáti Zoltán (BME) Hőmérséklet érzékeny hibrid polimerek és gélek előállítása, tulajdonságaik vizsgálata és potenciális alkalmazási lehetőségeik sváth Zsófia (MTA TTK) Micellaképződés és zárványkomplexképződés vizsgálata különböző epesav-ciklodextrin rendszerekben Tabajdi Réka (SZTE) Biokompatibilis mágneses hidrogélek fejlesztése Tóth Ildikó (SZTE) Szünet Katalízis Elnök: Dr. Pálinkó István egyetemi docens Dinitro-toluol hidrogénezésének tanulmányozása Boros Renáta Zsanett (BorsodChem Zrt.) Új, enantiomertiszta kámfor-szulfonamidok, glükóz-, illetve kinuklidin-tiokarbamid-származékok mint potenciális organokatalizátorok szintézise Fődi Tamás (BME) Anódoldali elektrokatalizátor fejlesztése hidrogénüzemű PEM tüzelőanyag-cellákhoz Gubán Dorottya (MTA TTK) Szén-dioxid redukciója heterogén fotokatalízissel: Ti2 hordozós katalizátorok vizsgálata László Balázs (SZTE) 17

18 Aldehidek aszimmetrikus α-aminálása hordozós peptid organokatalizátorokkal áramlásos reaktorban Szloszár Aliz (SZTE) Új típusú Pt-GaN/Zn fotokatalizátorok előállítása és vizsgálata Vass Ádám (MTA TTK) Kávészünet Anyagtudomány Elnök: Dr. Gajda Tamás egyetemi tanár Tradícionális és alternatív lágyítók tulajdonságainak vizsgálata PVC rendszerekben Bánhegyi András (BorsodChem Zrt.) Kalcium(II)-ion hidroxikarbonsav komplexeinek NMR szerkezetvizsgálata erősen lúgos közegben Bruszel Bella (SZTE) Az Sn(II) és Pb(II) ionok viselkedése erősen lúgos közegben Gyulai rsolya (SZTE) Fa-PVC kompozit MDI kompatibilizátorral Kuknyó Tímea (BorsodChem Zrt.) Ultrahangos kevertetéssel segített újszerű szintézis CaAl réteges kettős hidroxidok előállítására Mészáros Rebeka (SZTE) A kalcium hidroxidjai erősen alkálikus körülmények között, valamint ezek hatása a terner rendszerek egyensúlyaira Pallagi Attila (SZTE) 18

19 PLENÁRIS ELŐADÁS Áramlásos kémia, szakértői rendszerek, nanotechnológia és műszerek: integrációs tapasztalatok Dr. Darvas Ferenc Az előadás röviden összefoglal néhány olyan területet, ahol magyar kutatók és őket kiegészítő fejlesztők a hetvenes évektől kezdve nemzetközi sikereknek tekintett kutatási eredményeket prezentáltak a gyógyszerkémia, a mesterséges intelligencia/szakértői rendszerek, a kombinatorikus kémia, az áramlásos kémia/mikrofluidika, illetve az áramlásos nanotechnológia területén. Elsősorban azokat az eseteket ismertetjük, ahol a kutatási eredmények megfelelő fejlesztési erőforrásokkal-erőfeszítésekkel kombinálva piacképes, a világpiacon jelentősnek bizonyuló megoldásokat szültek. Az eredmények közös jellemzője, hogy a kutatók szokatlan területek összekapcsolásával, nem triviális megoldások alkalmazásával értek el jelentős eredményeket. Ezek a megoldások felvetik azt a kérdést, hogy vajon nem az egymástól nagyon távol eső területek integrálásának képessége a szűk kapacitás a radikálisan új megoldások rendszeres generáláshoz. A kérdés vizsgálata során rámutatunk a kognitív sémák és a reprezentációjukon végzett manipulációk, továbbá a komplexitás tudatos kezelésének kiemelt szerepére. Az előadás végén összefoglaljuk a diszruptív innovációk képzésével és megvalósításával kapcsolatos tapasztalatainkat az eredményeket produkáló magyar, amerikai, angol és ír cégeknél, továbbá a kutatásokban érintett spanyol, osztrák, amerikai egyetemeknél. 19

20 20 ANALITIKAI KÉMIA

21 S.Ö.R. AVAGY SPEKTRSZKÓPIÁS VIZSGÁLATK, ÖSSZEFÜGGÉSEK, REJTÉLYEK A SÖRGYÁRTÁS VILÁGÁBAN Dr. Elek János 1,2, Csontos Máté 1, 1 1. Debreceni Egyetem, 4032 Debrecen, Egyetem tér Science Port Kft., 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Különböző szeszesitalok többváltozós elemzésen alapuló földrajzi eredet szerinti csoportosítását vagy minőségellenőrzését több szerző publikálta [1-4]. Jelen munka célja egy olyan adatbázis létrehozása volt, melyben néhány hazai sörgyártó termékeinek közeli infravörös spektrumait rögzítettük. Megfelelő számú spektrum feldolgozásával megvizsgáltuk, hogy a spektrumok alapján megfigyelhető-e bármilyen spontán mintaképződés csoportosulás- az adathalmaz elemei közt. Azt vártuk, hogy a sörminták fajta szerint csoportosulnak, de választ szerettünk volna kapni arra kérdésre is, hogy gyártók szerint csoportosíthatóak-e a termékek. A fenti kérdést tovább boncolva érdekes volt annak vizsgálata is, hogy a hazai sörök teljesen szubjektív, általunk történő kóstolásos érzékszervi osztályozását alapul véve inkább gyártó, vagy minőség szerint mutatnak spektrális hasonlóságot. A fenti munkát az adatok kemometriás elemzése főkomponens[5] és diszkriminancia analízis [6] segítette, melyhez IBM SPSS és Camo Unnscrambler X szoftvereket használtunk. [1] D. W. Lachenmeier; Food Chemistry, 2007 (101) K. [2] M. Palma, C. G. Barroso; Talanta, 2002 (58), [3] X. Capron, J. Smeyers-Verbeke, D.L. Massart; Food Chemistry, 2007(101) [4] Evgeny Polshin, Ben Aernouts, Wouter Saeys, Filip Delvaux, Freddy R. Delvaux, Daan Saison, Maarten Hertog, Bart M. Nicolad, Jeroen Lammertyn; Journal of Food Engineering 2011 (106) [5] S. Wold, K. Esbensen, P. Geladi; Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems [6] Borosy A. P., Héberger K., Horvai Gy., Kolossváry I., Lengyel A., Paksy L., Rajkó R., Szepesváry P.: Sokváltozós adatelemzés (Kemometria);2001, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest 21

22 SZÉN NANCSŐ TARTALMÚ PLI(ETILÉN-TEREFTALÁT) PLIMER KMPZITK TERMIKUS TULAJDNSÁGAINAK VIZSGÁLATA Dörgő Gyula, Capári Dániel, Dallos András Pannon Egyetem, Kémia Intézet, Fizikai Kémia Intézeti Tanszék 8200, Veszprém Egyetem u. 10. A poli(etilén-tereftalát) napjaink egyik legnagyobb ipari jelentőséggel bíró polimerje, köszönhetően a viszonylagosan olcsó gyártási költségeknek, illetve a jó fizikai tulajdonságoknak, mint például hőállóság, ütésálló képesség vagy könnyű formázhatóság. A hőre lágyuló, polikondenzációs eljárással készített műanyag felhasználása szerteágazó, a járműipartól a csomagolóiparig alkalmazzák, de nagy jelentőséggel bír műszálak készítésében, illetve kiváló villamos tulajdonságainak köszönhetően az elektronika területén is. Termikus paramétereit (pl. üvegesedési és olvadási sajátságok) elsősorban a szilárd rendszer kristályossági foka határozza meg, melyet különböző erősítőanyagokkal, például szén nanocsövekkel (CNT) befolyásolhatunk. Az erősítőanyagok nagymértékben javítják a polimerek mechanikai és elektromos tulajdonságait, ami tovább szélesíti felhasználási lehetőségeit. A differenciális pásztázó kalorimetria (DSC) kiválóan alkalmas módszer a polimer kompozitok termikus tulajdonságainak vizsgálatára. Munkám során újrahasznosított PET bázisú PET/CNT polimer kompozit mintákat vizsgáltam differenciális pásztázó kalorimetriával. Méréseimhez a Magyarországon egyedül a Pannon Egyetem Mérnöki Karán üzemelő NETZSCH STA 409 CD típusú szimultán termoanalitikai berendezést alkalmaztam. Kutatásaim célja annak felderítése volt, hogy miként befolyásolja az eltérő szén nanocső tartalom a PET-CNT kompozitok üvegesedési, a hideg kristályosodási és az olvadási hőmérséklet tartományát, és ezen átalakulásokat kísérő hőeffektusokat. Vizsgáltam továbbá az erősítőanyag-tartalom hatását a kristályosodás kinetikájára. A munka a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg a TÁMP A-11/1/KNV projekt keretében. 22

23 MINIFEHÉRJÉK TÉRSZERKEZET-VIZSGÁLATA NMR SPEKTRSZKÓPIÁVAL Koltai András 1, Farkas Viktor 2, Taricska Nóra 1, Stráner Pál 1, Karancsiné Menyhárd Dóra 2, Rovó Petra 1, Tóth Gábor 3, Szabó Mária 1, Kapros Anita 1, Frank Löhr 4 és Perczel András 1,2 1 ELTE Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratórium 1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A 2 MTA-ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoport 1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A 3 Szegedi Tudományegyetem, Általános rvostudományi Kar, rvosi Vegytani Intézet 6720 Szeged, Dóm tér 8. 4 Institute of Biophysical Chemistry Biocenter, Campus Riedberg Goethe University Frankfurt Max-von-Laue Str Frankfurt/Main A minifehérjék néhányszor tíz aminosavból álló polipeptidek, melyeket fehérjének nevezünk, ugyanis jól definiált harmadlagos szerkezettel rendelkeznek, amelyet ráadásul vizes közegben spontán módon felvesznek, így ezeken a kicsi és egyszerű modellrendszereken minden olyan szerkezeti és dinamikai jelenség tanulmányozható, melyek a nagy fehérjék működését is meghatározzák. A világ legkisebb, mindösszesen 20 aminosavból álló minifehérjéje a Tc5b, melynek harmadlagos szerkezetét Trp-kalitkának nevezzük [1], [2]. Mivel a Tc5b szoros szerkezeti rokonságban áll a kettes típusú diabétesz kezelésében ma is gyógyszerként alkalmazott Exendin-4 fehérjével, a Trp-kalitka minifehérjék szerkezeti tökéletesítése komoly gyakorlati jelentőséggel bír. Az ELTE szerkezeti Kémia és Biológia Laboratóriumában számos lehetőséget vizsgáltak már meg a Trp-kalitka stabilizálására [3], [4], [5]. Az elmúlt időszakban olyan Trp-kalitka minifehérjéket terveztünk és állítottunk elő, melyekbe a szerkezet stabilizálása és a hőstabilitás növelése céljából diszulfidhíd került beépítésre. Ezen fehérjék NMR spektroszkópiai vizsgálata során rendkívül érdekes összefüggéseket találtunk a fehérje szerkezete, valamint a diszulfidhíd, és ennek redukciója között. Munkánk során ezen mutánsok szerkezetét, valamint belső mozgékonyságát vizsgáltuk. 23

24 [1] Neidigh, J. W., Fesinmeyer, R. M., Prickett, K. S., Andersen, N. H., Biochemistry, 2001 (40), [2] Neidigh, J. W., Fesinmeyer, R. M, Andersen, N. H., Nat. Struct. Biol., 2002, (9), [3] Hudáky, P., Stráner, P., Farkas, V., Váradi, Gy., Tóth, G. K., Perczel, A., Biochemistry, 2008, (47), [4] Rovó, P., Farkas, V., Hegyi,., Szolomájer-Csikós,., Tóth, G., Perczel, A., J. Pept. Sci., 2011, (9), [5] Rovó, P., Farkas, V., Stráner, P., Szabó, M., Jermendy, Á., Hegyi,., Tóth, G., Perczel, A., Biochemistry, 2014, (22),

25 HPLC-MS/MS MÓDSZER KIDLGZÁSA ÉS VALIDÁLÁSA LIKPSZAMIN FARMAKKINETIKAI VIZSGÁLATÁHZ Jedlinszki Nikoletta, Csupor Dezső Szegedi Tudományegyetem Gyógyszerésztudományi Kar Farmakognóziai Intézet, 6723 Szeged, Eötvös utca 6. Az utóbbi három évtizedben eddig 6000-nél is több növényfajból köztük a fekete nadálytőből (Symphytum officinale) is összesen több mint 350 különböző, hepatotoxikus, mutagén és teratogén hatású pirrolizidin-alkaloidot azonosítottak [1]. A növény korától, növényi résztől függően a S. officinale 0,04-0,6%-ban tartalmazza a következő fő pirrolizidin-alkaloidokat: intermedin, acetil-intermedin, likopszamin, acetil-likopszamin, szimfitin, echimidin és szimviridin [2]. Pirrolizidinalkaloid-tartalma miatt a Symphyti radix használatát korlátozták, illetve egyes készítményeit kivonták a forgalomból. Az érvényes rendeleti szabályzás szerint a Symphytum officinale gyökere hazánkban csak szaküzletben vagy gyógyszertárban hozható forgalomba. Kizárólag külsőleg, ép bőrfelületen (nyílt seben nem) alkalmazható. A napi alkaloidmennyiség és a kezelés időtartama gyógyszerek esetén korlátozott: max. 100 μg/nap összalkaloid és max. 4-6 hét használat/év. A szájon át történő használat tiltása racionális, ugyanakkor a bőrön való alkalmazás korlátozását nem támasztják alá releváns tudományos adatok. Humán bőrön ez idáig nem végeztek olyan felszívódási kísérleteket, amelyek az alkalmazással kapcsolatos korlátozás fenntartását vagy indokolatlanságát alátámasztanák. A gyógyhatású készítményekben, illetve a farmakokinetikai vizsgálatok biológiai mintáiban a pirrolizidin-alkaloidok mennyisége igen alacsony, ezért mennyiségi meghatározásukhoz igen érzékeny és szelektív analitikai módszerre van szükség. Ezen kívánalmaknak napjainkban a GC-MS és LC-MS módszerek tesznek eleget. A szakirodalomban csak néhány publikáció található pirrolizidin-alkaloidok tömegspektrometriás meghatározásával kapcsolatban [3-6] és ezen módszerek többsége nem validált. Ezért célul tűztük ki, hogy HPLC-MS/MS módszert fejlesztünk és validálunk a Symphytum officinale egyik fő pirrolizidin alkaloidjának, a likopszaminnak vizes közegben történő farmakokinetikai vizsgálatához. [1] J.M. Betz, R.M. Eppley, W.C. Taylor, D. Andrzejewski; Journal of Pharmaceutical Sciences, 1994 (83) [2] A.R. Mattocks; Lancet, 1980 (2) [3] M. Kempf, M. Wittig, A. Reinhard, K. von der he,t. Blacquiere, KP. Raezke, R. Michel, P. Schreier, T. Beuerle; Food Additives & Contaminants: Part A, 2011 (28) [4] C. Kast, A. Dübecke, V. Kilchenmann, K. Bieri, M. Böhlen,. Zoller, G. Beckh, C. Lüllmann; Journal of Apicultural Research, 2014 (53) [5] C. Staiger, P. ttersbach, M. Rudolph, G. Schulzki; Planta Medica, 2009 (75) [6] F. Liu, SY. Wan, Z. Jianga, SF. Li Yau Li, ES. ng, JC. Castano sorio; Talanta, 2009 (80)

26 TRIPSZIN IMMBILIZÁLÁSA TÖBBFÉLE FELÜLETEN FEHÉRJÉK GYRS EMÉSZTÉSÉHEZ, PEPTIDTÉRKÉP VIZSGÁLATHZ Kecskeméti Ádám 1, Gáspár Attila 1 1 Debreceni Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 4032, Debrecen, Egyetem tér 1. A bioanalitika fontos területe a fehérjék azonosítása, amit többek között peptidtérkép vizsgálattal lehet elvégezni. Az analízis elve, hogy a vizsgálandó fehérjéből készített peptidtérkép ujjlenyomatszerűen jellemzi a fehérjét, ezért adatbázisok segítségével lehetséges azonosítani azt. A standard eljárás oldatban emésztés, aminek első lépése, hogy a fehérjét denaturáló ágensekkel kezeljük (karbamid, ditiothreitol, jódacetamid). Ezután következik a specifikus fehérjeemésztés, amit enzimek segítségével érünk el. Erre a célra leggyakrabban használt proteolitikus enzim a tripszin, ami a fehérje peptidkötéseit a lizin és arginin mellett hasítja. A denaturált fehérjeoldathoz tripszint adnak, de az enzimet csak alacsony koncentrációban lehet alkalmazni. Nagyobb koncentrációban ugyanis önemésztés miatt a tripszin saját peptidjei is jelentős koncentrációban megjelennek az oldatban, ami zavarja a meghatározást. Az alacsony enzimkoncentráció miatt 12 óráig tart a teljes emésztés. Ezután a keletkező peptideket kapilláris elektroforézissel (CE) vagy tömegspektrometriával (MS) elemezzük. A kapott elektroferogram, ill. tömegspektrum a fehérje peptidtérképe, amit adatbázissal összehasonlítva azonosíthatjuk a fehérjét. A fenti eljárás hátulütője a lassú emésztés, aminek oka, hogy a tripszint szabad formában nem lehet nagy koncentrációban alkalmazni. Az immobilizált enzimek azonban nem képesek önemésztésre, ezért nagy koncentrációban való használatuk nem zavarja a meghatározást, ill. gyors fehérjeemésztést biztosítanak (néhány perc). Fehérjéket (enzimeket) általában adszorpcióval [1-2, 4-5] [3, 5-10] vagy kovalens kötéssel immobilizálnak. Számos immobilizálási módszer ismeretes, pl. polivinilidén-fluorid (PVDF) membránon való adszorpció, [1-2] vagy kovalens rögzítés 3-féle monolitikus lemezen. [3] Egyszerűen megfogalmazva: adszorpció nagy makromolekulák és hidrofób felületek között jön létre, kovalens kötést reaktív csoportok között lehet kialakítani. Munkám célja volt, hogy egyszerű immobilizálási technikát fejlesszek ki. A használt technikák: adszorpció polidimetilsziloxán (PDMS) felületen, ill. kovalens kötés kialakítása a tripszin CH csoportjainak karbodiimides aktiválása után felületi NH 2 csoportokhoz (EDC/NHS módszer). Ezekkel a technikákkal egyszerűen lehet immobilizált enzimreaktort készíteni. A reaktorokat nagy felület/térfogat aránnyal rendelkező rendszerben készítettük el (mikrofluidikai csipben). Munkám során igazoltam, hogy a vizsgáltak közül a leghatékonyabb enzimreaktor a töltetes mikroreaktor a nagy felület/térfogat aránya miatt, ahol az immobilizálást kovalens kötéssel végeztük, benzamidin jelenlétében. A benzamidin a tripszin kompetitív inhibítora, az immobilizálási reakcióban bekötődik az enzim aktív centrumába, ezáltal megvédi azt. [10-12] A reaktor többször felhasználható, gyors emésztést tesz lehetővé (reakcióidő <1 perc), élettartama nem függ az emésztések számától, megfelelően tárolva kb. 1 hónapig használható emésztésre. 26

27 A munka a TÁMP A-11/1/KNV számú ENVIKUT projekt keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. 1. ábra: tripszin immobilizálása EDC/NHS módszerrel, aminocsoportot tartalmazó szilikatölteten N C EDC N NH trypsin R 1 -C - R 1 NH N NH NHS H N R 1 N Silica (-NH 2 ) R 2 NH 2 R 2 N H R 1 [1] Gao J., Xu J., Locascio L. E., Lee C. S.; Analytical Chemistry, 2001 (73) [2] Cooper J. W., Chen J., Li Y., Lee C. S.; Analytical Chemistry, 2003 (75) [3] Nicoli R., Gaud N., Stella C., Rudaz S., Veuthey J.-L.; Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2008 (48) [4] Xu F., Wang W-H., Tan Y-J., Bruening M. L.; Analytical Chemistry, 2010 (82) [5] Wu H., Zhai J., Tian Y., Lu H., Wang X., Jia W., Liu B., Yang P., Xu Y., Wang H.; Lab Chip, 2004 (4) [6] Ye M., Hu S., Schoenherr R. M., Dovichi N. J.; Electrophoresis, 2004 (25) [7] Li Y., Xu X., Deng C., Yang P., Zhang X.; Journal of Proteome Research, 2007 (6) [8] Calleri E., Temporini C., Perani E., Stella C., Rudaz S., Lubda D., Mellerio G., Veuthey J-L., Caccialanza G., Massolini G.; Journal of Chromatography A, 2004 (1045) [9] Sun L., Li Y., Yang P., Zhu G., Dovichi N. J.; Journal of Chromatography A, 2012 (1220) [10] Krenková J., Kleparník K., Foret F.; Journal of Chromatography A, 2007 (1159) [11] Krenková J., Foret F.; Electrophoresis, 2004 (25) [12] Freije J. R., Mulder P. P. M. F. A., Werkman W., Rieux L., Niederlander H. A. G., Verpoorte E., Bischoff R.; Journal of Proteome Research, 2005 (4)

28 DEPSZIPEPTIDEKET FELÉPÍTŐ MLEKULÁK KIRÁLIS ANALÍZISE Pataj Zoltán 1, Harald Gross 2, Ilisz István 1, Péter Antal 1, Michael Lämmerhofer 2 1 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, Dóm tér 7, H-6720 Szeged, Magyarország 2 Tübingeni Egyetem, Gyógyszertudományi Intézet, Auf der Morgenstelle 8, Tübingen, Németország A természetben a kiralitás rendkívül gyakori jelenség, hiszen a fehérjék, a fehérjéket alkotó aminosavak, a cukrok, az enzimek mind királis vegyületek. Az enantiomerek fizikai és kémiai tulajdonságaikban megegyeznek, ennek ellenére a királis környezet (pl.: biológiai rendszerek) látványosan megkülönbözteti őket. Így akár egy vegyület egyik enantiomerjét más ízűnek, illatúnak érzékelhetjük, egy gyógyszerhatóanyag más hatást válthat ki, mint a másik. Éppen ezért van nagy szükség tiszta enantiomerekre, másképp fogalmazva a sztereospecifikus reakciók termékének tisztaságvizsgálatára vagy a racém minták elválasztására. Ezen célok megvalósítására az egyik legelterjedtebb a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás (HPLC) módszer. Enantiomerpárok elválasztása a fent említett fizikai és kémiai tulajdonságbeli hasonlóságuk miatt csak olyan sztereospecifikus kémiai kölcsönhatással lehetséges, amelynek során a sztereoizomerek eltérő módon reagálnak. Éppen ezért a kromatográfiás elválasztás alapja a diasztereomerpár-képzés a vizsgált vegyület és az állófázis (királis oszlopok) vagy a mozgófázis (királis eluens) optikailag aktív komponense között. Pozitív tulajdonságainak köszönhetően, a legszélesebb körben manapság a királis oszlopokat használják erre a feladatra. Munkánk célja a biológiai jelentőséggel bíró depszipeptideket felépítő molekulák királis analízise volt, királis ioncserélő szelektorral rendelkező állófázisok segítségével, illetve a különböző konfigurációval rendelkező aminosavak helyének meghatározása a szekvencián belül. Depszipeptidnek nevezzük azokat a peptideket, amelyekben egy vagy több amid kötést észter kötés helyettesít, [1] vagy még általánosabban, egy olyan molekula, amely tartalmaz mind peptid-, mind pedig észterkötést létsítő aminosavat. Az ilyen típusú vegyületek természetben való előfordulása viszonylag gyakori és olyan figyelemre méltó biológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint gyulladás gátló, antibakteriális, antivirális és antifungális hatás. Emellett a rákkutatás és gyógyítás folyamatában is egyre növekvő szerephez jut [2]. Éppen ezért elengedhetetlen a különböző depszipeptidek szerkezetének a pontos ismerete ahhoz, hogy mesterséges úton is szintetizálni lehessen azokat, megteremtve így a lehetőséget, hogy szélesebb körben is kihasználhatóvá váljanak pozitív tulajdonságaik. A királis ioncserélő szelektorral rendelkező állófázisok viszonylag új csoportját képezik a királis kolonnáknak. Az anion- és/vagy kationcserélő funkciós csoportot is tartalmazó kinin- és kinidin-alapú molekula lehetőséget biztosít a töltéssel rendelkező funkciós csoportokkal való kölcsönhatásra. A több aszimmetriacentrumot tartalmazó szelektor az elsődleges ionos kölcsönhatás mellett kialakuló egyéb kölcsönhatások révén biztosít lehetőséget az enantiomerek elválasztására. A kereskedelmi forgalomban az 28

29 ikerionos szelektor mindkét enantiomerjét tartalmazó állófázis is fellelhető, melynek előnye, hogy az állófázisok cseréjével egy adott vegyület elúciós sorrendje is változtatható [3]. A tömegspektrométerrel kapcsolt HPLC (HPLC-MS) vizsgálatok eredményeként sikeresen meghatározásra került három depszipeptid szerkezetét felépítő molekuláinak konfigurációja, valamin egy esetben a különböző konfigurációjú, de azonos aminosavak pontos helyzetét is sikerült lokalizálni. Köszönetnyilvánítás Pataj Zoltán publikációt megalapozó kutatása a TÁMP A/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. [1] F. Albericio, K. Burger, J. Ruíz-Rodríguez, J. Spengler, rganic Letters 7 (2004) 597. [2] F. Sarabia, S. Chammaa, A. Sánchez Ruiz, L. Martín rtiz, F.J. López Herrera, Current Medicinal Chemistry 11 (2004) [3] S. Wernisch, R. Pell, W. Lindner, Journal of Separation Science 35 (2012)

30 MITŐL SIMUL A BŐRÜNK AVAGY KRÉMEK HMGENITÁSÁNAK KÖZELI INFRAVÖRÖS SPEKTRSZKÓPIÁS ELLENŐRZÉSE Dr. Elek János 1,2, Rávai Péter 1, 1 Debreceni Egyetem, 4032 Debrecen Egyetemtér 1 2 Science Port Kft, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1 A krémek, kenőcsök precíz analitikai vizsgálata mind a gyógyszer, mind a kozmetikai iparban rendszerint komoly kihívás elé állítja az analitikusokat. Legelterjedtebbek a kromatorgáfiás módszerek, de a többnyire nehezen kezelhető mátrix miatt sokszor idő és munkaigényes, drága mintaelőkészítést kell alkalmazni. Jelen vizsgálataink célkitűzése egy olyan megbízható módszer kidolgozása volt, mellyel nagy biztonsággal és olcsón lehet kozmetikai célra készített kenőcsöket, krémeket vizsgálni. Megbízónk, az Eva Biomedical European Development Institute (EBEDI) egy hideg technológiával működő gyúrókamrán belüli homogenitás vizsgálatot rendelt egy 16 összetevőt tartalmazó krémre, mely 1% hatóanyagot tartalmaz. Az elfogadási kritérium: a hatóanyag koncentráció 1%-os változását tudni kell detektálni. Ezen 100 ppm különbség kimutatása volt a vizsgálat elsődleges célja. A probléma kezeléséhez közeli infravörös spektrométerrel a 100, 101, 102 és 103 % hatóanyagot tartalmazó krémek mindegyikéből öt-öt spektrumot vettünk fel. A spektrumokon osztályozási kísérleteket és többváltozós kalibrációt is végeztünk az SPSS Statistics (IBM) és az Unscrambler X (Camo software) programok segítségével. A megfelelően megválasztott spektrum-előkezelésnek és kalibrációs modellnek köszönhetően a csoportosításon túl akár a krémek hatóanyag-tartalmának mennyiségi elemzését is elvégezhetjük a jelenleg alkalmazott kromatográfiás módszerek költségének töredékéért. 1. ábra. Mandulaolaj tartalom meghatározás kalibrációja joghurtos alapkrémből főkomponens regresszió segítségével 30

31 ANYAGTUDMÁNY 31

32 TRADICINÁLIS ÉS ALTERNATÍV LÁGYÍTÓK TULAJDNSÁ- GAINAK VIZSGÁLATA PVC RENDSZEREKBEN Bánhegyi András 1,2, Marossy Kálmán 1, BorsodChem Zrt., H-3700 Kazincbarcika Bolyai tér Miskolci Egyetem, Műszaki Anyagtudományi Kar, Polimermérnöki Intézeti Tanszék, H-3515 Miskolc-Egyetemváros B1/215 A polivinil-klorid (PVC) a mai napig az egyik legnagyobb mennyiségben felhasznált műanyagok közé tartozik. Elterjedését, valamint előkelő piaci helyzetét műszaki alkalmassága, olcsósága és a sokféle adalékanyagnak köszönhető változatos felhasználása tette lehetővé. A PVC-hez használt lágyítók tetemes mennyiségét, kb. 85%-át ma is a ftalátok (DEHP, DINP, DIDP) teszik ki, annak ellenére, hogy aggályok merültek fel a szigorodó környezetvédelmi, munkaegészségügyi, élelmiszer-higiéniás szabályok miatt. Jelenlegi munkánk során lágyított PVC rendszereket vizsgáltunk, mely során különféle lágyítók hatását követtük sűrűség- és keménység méréssel, szakítóvizsgálatokkal, oldási hőmérséklet meghatározásával; emellett az üvegesedési hőmérséklet és a finomszerkezet megítélésére Dinamikus Mechanikus (DMA) vizsgálatokat végeztünk. A polimer és az alkalmazott lágyítók összeférhetőségét migrációs tesztekkel is bizonyítottuk. Ezek a tesztek nem utolsó sorban a szigorodó előírások illetve az eltérő felhasználási területeken (gyerekjáték, orvosi alkalmazás, élelmiszercsomagolás) megkövetelt határértékek miatt fontosak. A vizsgálatok során az iparban már jól bevált lágyítókat hasonlítottuk össze az ISP Global Technologies Deutschland GmbH és az Institut für Werkstoffanwendung der Fachhochschule Köln által kifejlesztett Flexidone márkanévre keresztelt, N-alkilpirrolidon tartalmú lágyítókkal. 1. ábra Az N-alkil pirrolidon ikerion tautomer átalakulása Az irodalmi adatok és az eddigi méréseink is azt mutatják, hogy ez az új lágyító család, szerkezetéből adódóan, több tekintetben kedvezőbb tulajdonságokat mutat az eddig használt lágyítókkal szemben, mind a feldolgozás, mind a felhasználás terén. [1,2] [1] Dr. Pásztor Mária; PVC lágyítók, Műanyagok Alkalmazása, Műanyagipari Szemle, 2009, 06. szám [2] Martin Bonnet and Hasan Kaytan (2012), Flexidone(tm) A New Class of Innovative PVC Plasticizers, Recent Advances in Plasticizers, Dr. Mohammad Luqman (Ed.) ISBN:

33 KALCIUM(II)-IN HIDRXIKARBNSAV KMPLEXEINEK NMR SZERKEZETVIZSGÁLATA ERŐSEN LÚGS KÖZEGBEN Bruszel Bella 1, Gácsi Attila 1, Suba Nelli 1, Csendes Zita 1, Pálinkó István 2, Sipos Pál 1 1. Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér Szegedi Tudományegyetem, Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8. A hidroxikarbonsavak alkáliföldfémekkel, mint például Ca és Mg, vizes oldatban képzett komplexei már ismertek [1]. Ezek a komplexek semleges ph-n kis stabilitással rendelkeznek. Azonban a komplexek stabilitása erősen lúgos közegben megnő, mert a fémion képes a karboxil- és az alkoholos hidroxilcsoportokon keresztül koordinálódni a ligandumhoz [2,3]. Átmeneti ph-n az alkoholos hidroxilcsoport deprotonálódására nem kerül sor, a koordinációhoz való hozzájárulása, ha van is ilyen, viszonylag kicsi. A ph-n felül a képződő komplex stabilitására nagy hatással van a koordinálódó ligandum konformációjának is. Ugyanis a különböző konformerek eltérő mértékben koordinálják a fémiont. Emiatt a hagyományos oldategyensúlyi vizsgáló módszerekkel (pl. phpotenciometria, spektrofotometria) szinte lehetetlen leírni a rendszerben fennálló összes egyensúlyi folyamatot, mert a kapott stabilitási állandók a ligandum különböző formáival képzett komplexekre kapott átlagértékek. Modern szerkezetvizsgáló módszerekkel, mint pl. NMR spektroszkópia, lehetőség van a fémionhoz koordinálódó H-csoport azonosítására, valamint a ligandum fémion hatására történő konformációváltozásának követésére is. Az ilyen módon nyert eredményeinket mutatjuk be a következőkben. Azért, hogy felderítsük, hogy erősen lúgos közegben mi a felelős a komplexek megnövekedett stabilitásáért, kis molekulatömegű ligandumokkal, mint a D-tartarát, citrát, DL-malát vizsgáltuk a Ca 2+ komplexképződését. 1 H NMR spektroszkópiát alkalmaztunk fő kísérleti módszerként, hogy tisztázzuk, a ligandum mely csoportjain keresztül megy végbe a koordináció, valamint felderítsük a keletkező komplexek szerkezetét. 1. ábra: A vizsgált ligandumok szerkezeti képletei: malát, tartarát, citrát A Ca 2+ -ion és a DL-malát komplexképzése Előzetes vizsgálatok során azt tapasztaltuk, hogy 0,8:1 Ca 2+ : malát arány esetén a legmagasabb NaH-koncentráció, ami esetén még nem válik ki a rendszerből Ca(H) 2 csapadék, 0,3 M. Ennél a lúgkoncentrációnál vizsgáltuk az 1 H NMR spektrum változását a fémion-koncentráció változásának függvényében. A kémiai eltolódások változásából és a jelek kiszélesedésének mértékéből arra következtettünk, hogy a komplexképződés mértéke igen kicsi, 0,4:1 Ca 2+ :malát arány felett nincs változás (2. ábra). 33

34 2. ábra: A Ca 2+ -malát rendszer 1 H NMR spektrumának változása a Ca 2+ :malát arány változtatásának hatására (cmalát = 0,1M, cnah = 0,3M) c Ca 2+= 0.08 M c Ca 2+= 0.06 M c Ca 2+= 0.04 M c Ca 2+= 0.02 M c Ca 2+= 0.00 M (ppm) A Ca 2+ -ion és a D-tartarát komplexképzése Hasonló vizsgálatokat végeztünk a D-tartarátot és Ca 2+ -ionokat tartalmazó rendszer esetén is. Az előkísérletek során itt is meghatároztuk az optimális Ca 2+ :ligandum arányt és a NaH-koncentrációt. 1 H NMR módszerrel vizsgáltuk, hogy hogyan változik a ligandum spektruma a NaH-koncentráció változtatatásával, illetve, ha Ca 2+ -ionokat adunk a rendszerhez (3.a. ábra). Látható, hogy az erősen lúgos (c NaH = 1 M) közegben felvett spektrumhoz képest további jeleltolódás figyelhető meg, ha a rendszerhez Ca 2+ -ionokat adunk, amiből komplexképződésre következtethetünk. 3. ábra: A Ca 2+ -tartarát rendszer 1 H NMR spektrumának változása a Ca 2+ :tartarát arány változtatásának hatására (ctartarát = 0,1 M) a.) b.) E c Ca2+ = 0.08 M D c Ca2+ = 0.06 M C c tartarát = 0,1 M, c NaH = 1 M c Ca2+ = 0,03M C B c Ca2+ = 0.04 M c Ca2+ = 0.02 M B c tartarát = 0,1 M, c NaH = 1 M c Ca2+ = 0 A c Ca2+ = 0.00 M A c tartarát = 0,1 M, c NaH = 0, c Ca2+ = ,3 4,25 4,2 4,15 4,10 4,05 ppm (ppm) 4.5 4, , , , ,1 4,0 3.9 (ppm) 34

35 Vizsgáltuk továbbá, hogy 0,5 M NaH-ot tartalmazó rendszer esetén hogyan változik a spektrum a Ca 2+ :ligandum arány változtatásával (3.b. ábra). 25 o C-on a legmagasabb Ca 2+ :ligandum aránynál megfigyelhető, hogy a spektrumon a ligandum jele mellett új jelek jelennek meg (bekeretezett), ezek a komplex jelei. Ebből arra következtethetünk, hogy ezen a hőmérsékleten a ligandum cserefolyamatai az NMR időskálán nézve lassúak. A Ca 2+ -ion és a citrátionok komplexképzése Hasonló körülmények között vizsgáltuk a Ca 2+ ionok citráttal való komplexképzését. Első lépésben a 0,2:1 Ca 2+ :ligandum arány esetén vizsgáltuk a spektrum változását 1 H NMR módszerrel. A különböző NaH-koncentrációknál felvett spektrumokon (4. ábra) megfigyelhetjük, hogy 0,1 M NaH-ot tartalmazó rendszer esetén még nem tapasztalható jelentős jelelcsúszás, felette már igen. Ez azzal magyarázható, hogy ebben a NaHkoncentrációtartományban deprotonálódik a citrát alkoholos hidroxilcsoportja, ami elősegíti a Ca 2+ -ionokkal történő komplexképződést. 4. ábra: A Ca 2+ -tartarát rendszer 1 H NMR spektrumának változása a Ca 2+ :tartarát arány változtatásának hatására (ctartarát = 0,1 M) E cnah = 1M D cnah = 0,1M C cnah = 0,01M B cnah = 0,001M A cnah = 0M 2.8 2, , , , , , ,2 (ppm) 35

36 5. ábra: a.) A citrát 1 H NMR spektrumának változása a Ca 2+ -ion mennyiségének függvényében (ccitrát = 0,1 M, cnah = 0,1 M), b) 0,9:1 Ca 2+ :citrát arányt tartalmazó minta hőmérsekletfüggő spektruma G a.) c Ca2+ = 0,09 M J b.) 50 o C F c Ca2+ = 0,08 M I 45 o C H 40 o C E c Ca2+ = 0,06 M G 35 o C D c Ca2+ = 0,04 M F E 30 o C 25 o C C c Ca2+ = 0,03 M D 20 o C B A c Ca2+ = 0,02 M c Ca2+ = 0,00 M ,0 2,8 2,6 2,4 2,2 (ppm) (ppm) C B A 15 o C 10 o C 7 o C 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 (ppm) (ppm) Továbbá 0,1 M NaH- és 0,1 M citrátkoncentráció mellett vizsgáltuk a rendszer Ca 2+ -ion függését is. Az alkalmazott 0,1 M NaH-koncentráció esetén a legmagasabb Ca 2+ :citrát arány 0,9:1 volt, felette Ca(H) 2 csapadék vált ki a rendszerből. A felvett spektrumok az 5.a. ábrán láthatók. Megfigyelhető, hogy a ligandum spektrumához képest a jel eltolódik, ha a rendszerhez kalciumot adunk, majd annak a protonnak a jele (2.4 ppm körül), amelyik közelebb van az alkoholos hidroxilcsoporthoz, kiszélesedik. Ez a kiszélesedés a kalciumionok mennyiségének növelésével egyre jelentősebb. Ez a tapasztalat azzal magyarázható, hogy a citrát kalciumkomplexei között gyors csere játszódik le, ezért a jelek átlagát látjuk a spektrumon. A 0,9:1 Ca 2+ :citrát arány esetén hőmérsékletfüggő spektrumsorozatot vettünk fel a 7 50 o C-os hőmérséklettartományban (5.b. ábra). A hőmérséklet csökkentésével lelassul a cseresebesség, ezért a keletkezett komplex és a szabad citrát jelei szétválnak. Magasabb hőmérsékleten a sávkiszélesedés mértéke csökken, feltételezhetően azért, mert a cserefolyamat sebessége a hőmérséklettel együtt nő. A 7 o C-on felvett spektrumon egyértelműen elkülöníthető a szabad citrát jelétől a komplex jele, így a komplexképződés ténye bizonyított. A 0,9:1 arányt tartalmazó 7 o C-os minta esetén CSY spektrumot (6. ábra) is rögzítettünk. Ez alátámasztotta azt a feltételezésünket, hogy a citráthoz a deprotonálódott alkoholos hidroxilcsoporton keresztül koordinálódik a kalciumion, mivel az ahhoz közelebbi protonok jeléből (2,2 ppm körül) válik ki a Ca-komplex jele. 36

37 6. ábra: 0,9:1 arányt tartalmazó 7 o C-os minta CSY spektruma 2,00 2,50 (ppm) 2,50 2,00 (ppm) Összegzés A lehetséges komplexképződést Ca 2+ -ionok és a hidroxikarbonsavak közt 1 H NMR spektroszkópiával vizsgáltuk erősen lúgos közegben. Komplexképződést figyelhettünk meg tartarát- és citrátionok esetén, míg malát esetén nem találtunk bizonyítékot a Ca 2+ -ionnal történő komplexképződésre 1 H NMR mérések alapján. [1] B. Gyurcsik, L. Nagy, Coordination Chemistry Reviews, 2000 (203) [2] L. R. van Loon, M. A. Glaus, K. Vercammen, Acta Chemica Scandinavica, 1999 (53) [3] D. Rhai, N. J. Hess, Y. Xia, L. Rao, H. M. Cho, R. C. Moore, L. R. van Loon, Journal of Solution Chemisrty, 2003 (32)

38 AZ Sn(II)- ÉS Pb(II)-INK VISELKEDÉSE ERŐSEN LÚGS KÖZEGBEN Gyulai rsolya 1, Bajnóczi Éva 2, 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. Raman spektroszkópiai mérések és ab initio modellezés együttes alkalmazásával megállapítottuk, hogy erősen lúgos közegben mind az Sn(II)-, mind az Pb(II)-ionok M(H) 3 komplex ionként fordulnak elő. Az Sn(II)-tartalmú erősen lúgos oldatban ezt ph potenciometriás és 117 Sn NMR mérésekkel is sikerült alátámasztani. 1. Bevezetés A kutatócsoport egyik fő kutatási területe különféle fémionok viselkedésének tanulmányozása hiperalkalikus közegben (nagyon nagy töménységű vizes lúgoldatokban) [1 3]. A projekt részeként az ón(ii)- és ólom(ii)-ionok hidrolitikus sajátságait hasonlítottuk össze ilyen közegekben, tekintettel arra, hogy mindkét ion d 10 s 2 elektronszerkezettel rendelkezik. A szakirodalom alapján az [M(H) 3] összetételű komplex képződik a 2< ph <13 tartományban az említett ionok hidrolízise következtében, ahol M = Sn, Pb. Kevés információ áll rendelkezésre azonban arról, hogy 13-as ph felett hogyan alakul a komplex sztöchiometriája és koordinációs szférája. Az alapvető vélekedés az, hogy [M(H) 3] összetételű komplex képződik mindkét ion esetén itt is, de egyesek szerint az [M(H)] és [M(H) 4] 2 összetételű komplexek jelenléte is számottevő lehet. Sőt, nagyobb fémionkoncentráció esetén többmagvú komplexek megjelenését is valószínűsítették [4]. Mi, ezeket a rendszereket potenciometriával, Raman és NMR spektroszkópiai módszerekkel vizsgáltuk, valamint ab initio kvantumkémiai számolásokat végeztünk. Eredményeinket az alábbiakban mutatjuk be. 2. Kísérleti rész Az Sn(II)- Pb(II)-ionokat tartalmazó oldatokat a fémion-koncentráció változtatása mellett készítettük el 4 M-os NaH oldatban, a levegő oxigénjének kizárása mellett. A ph potenciometriás titrálásokat egy Metrohm 888 Titrando készülékkel, H 2/Pt elektród alkalmazásával hajtottuk végre. Az ionerősséget 4 mol/dm 3 -re állítottuk be NaCldal. A méréseket 25 C-on végeztük. Titrálószer 3 mol/dm 3 koncentrációjú sósav-oldat volt. A kísérleti körülményeket a [5], [6] referenciák alapján állítottuk be. A Raman spektrumokat egy a BI-RAD Digilab Division FT-Raman spektrométerrel vettük fel. A gerjesztéshez Nd:YV 4 lézert használtunk. A spektrumokat a cm 1 hullámszám-tartományban, 4 cm 1 -es felbontással, 4096 szkent alkalmazva rögzítettük. Az adatfeldolgozáshoz a SpekWin szoftvert használtuk. 38

39 A 117 Sn NMR méréseket egy 1.75T Bruker Avance NMR spektrométerrel ( MHz 1 H frekvencia) hajtottuk végre MHz-en 5 mm Wilmad NMR csövek alkalmazásával. A feltételezett komplex ionok geometriai optimalizálását és a frekvencianalízisét sűrűségfunkcionál számításokkal végeztük, B3LYP funkcionált alkalmazva SDD bázison az ónra, és 6-31+G** bázison az oxigén- és hidrogénatomokra. 3. Eredmények és tárgyalásuk 3.1. Potenciometriás mérések Annak érdekében, hogy meg tudjuk becsülni a fémion:hidroxid arányt, potenciometriás vizsgálatokat végeztünk H 2/Pt elektróddal. A mérést csupán az ón(ii) tartalmú rendszer esetén tudtuk végrehajtani, tekintve, hogy az ólom(ii) oldhatósága igen csekély ilyen fémion- és hidroxidion-koncentráció mellett. 1. ábra A potenciometriás mérések eredményei az Sn(II) ionok estén, ahol x a [Sn(H)x] 2-x képletben a koordinálódó hidroxid ionok száma. A titrálás eredményét az 1. ábrán mutatja. Látható, hogy a rendszer 7,60 ml és 20,80 ml hozzáadott sósavmennyiség között, csapadékképződés miatt inhomogénné válik. Az inhomogenitás miatt csupán a titrálási görbe első része volt kiértékelhető. Ebben a tartományban csak a többlet NaH semlegesítődik a hozzáadott sav hatására. A megfigyelt cellapotenciál változása a szabad hidroxidion koncentrációjától függ, amit a keletkező komplex összetétele határoz meg. Az elméleti ΔE értékeket a Nernst-egyenlet alapján számoltuk ki, hármas vagy négyes hidroxidion koordinációt feltételezve. A számolt értékek azt mutatták, hogy ilyen körülmények között három hidroxidion koordinálódik. Az 39

40 [Sn(H) 4] 2 és dehidratált formájának képződése tehát kizárható. Ugyanakkor van esély arra, hogy az [Sn(H) 3] - ion dehidratált formája, a [Sn(H)] komplex ion keletkezzék. A Raman spektroszkópiai vizsgálatokat elvégeztük mind az ón(ii)-, mind pedig az ólom(ii)-ionokat tartalmazó oldatokkal is. Az Sn(II)-ion esetén a 4 M-os NaH oldatban képződött komplexnek két csúcsa van 430 és 480 cm 1 környékén (2. ábra). A harmadik csúcs 580 cm 1 környékén ón(iv) tartalmú részecskék képződésének tudható be, melyek az oxidáció következtében keletkeztek. A spektrum alakja a növekvő ón-koncentrációval nem változik, csupán a Lamber-Beer törvény szerint az intenzitásértékek növekednek. Ez azt is mutatja, hogy a komplex alakja a koncentráció növekedésének ellenére változatlan. 2. ábra A mért Raman spektrumok 0,10 M; 0,15 M; 0,20 M; 0,25 M Sn(II) és 4 M NaH koncentráció esetén. A két lehetséges részecske Raman spektrumát kiszámoltuk elméleti úton is (3. ábra). 3. ábra A számolt Raman spektrumok az [Sn(H)3] és [Sn(H)] komplexekre. 40

41 Az [Sn(H) 3] komplex két intenzív csúcsot ad 430 cm 1 és 480 cm 1 környékén, csakúgy, mint a kísérleti spektrumon, míg a [Sn(H)] komplex 700 cm 1 körül egy nagyon intenzív csúcsot adna. Mindezek alapján azt mondhatjuk, hogy ezekben az erősen lúgos ón(ii)-tartalmú rendszerekben az [Sn(H) 3] komplex ion képződik. Az ólom(ii)-tartalmú lúgos oldatokra vonatkozó kísérleti és számításos Raman spektroszkópiai eredményeket az 1. táblázatban foglaljuk össze. Az elméleti számításokat elvégeztük az összes lehetséges származékra. Ezeket összehasonlítva a kísérleti adatokkal, bizonyítható, hogy a rendszerben jelen lévő egyetlen származék a [Pb(H) 3] komplex ion. 1. táblázat A Raman spektroszkópiás mérések eredményei ólom(ii)-tartalmú, 4 M NaH koncentrációjú oldatokban. N rpb rpb= (Å) (Å) Kísérlet minta Raman peaks (cm 1 ) 355w, 424s a (377w, 419sd b ) Ab initio [Pb(H) 3] s, 413s [Pb(H) 2 ] w, 256w, 523s [Pb(H)] w, 603s [Pb 2] w,452s,496 s Pb(H) w, 488s [Pb(H 2) 3] w, 291w w: gyenge, s: intenzív, a: jelen vizsgálat, b: Ref.: 7 Az erősen lúgos oldatok 117 Sn NMR spektrumát is megvizsgáltuk. Egy savas ón(ii)- perklorát oldatot használtuk referenciaanyagként, mivel ilyen körülmények között az ón(ii) mint [Sn(H 2) 3] 2+ komplex van jelen a rendszerben, és éles szingulet jelet ad, amely jól felismerhető. A lúgos minta szintén éles jelet ad 727 ppm értéknél, tehát jól összehasonlítható a savas mintával. Az ón(ii)-ion körüli vízmolekulák kicserélődése hidroxidionokra a nagyobb ppm értékek felé tolja el a spektrumot. Abból, hogy csak egyetlen, éles jelet látunk a spektrumon, arra következtethetünk, hogy egyetlen féle komplex van jelen az oldatunkban mérhető mennyiségben. 41

42 4. ábra A referenciaként használt [Sn(H2)3] 2+, és az Sn(II)-tartalmú 4 M-os NaH oldat 117 Sn NMR-spektruma. 4. Következtetések Összegzésként tehát elmondható, hogy többféle mérés alapján a M:H arány 1:3 mindkét ion esetén, ph = 13 fölötti, erősen lúgos oldatban. Másfajta összetételű fémionkomplexere utaló jeleket nem találtunk. A kialakuló komplex egymagvú, a Raman spektroszkópiai mérések és az elméleti számolások szerint a komplexek [M(H) 3] alakban fordulnak elő és szerkezetük trigonális piramisos. 5. Irodalomjegyzék [1] A. Pallagi, Z. Csendes, B. Kutus, E. Czeglédi, G. Peintler, P. Forgo, I. Pálinkó, P. Sipos, Dalton Trans (42) (2013). [2] A. Pallagi, Á.G. Tasi, G. Peintler, P. Forgo, I. Pálinkó, P. Sipos, Dalton Trans (42) [3] A. Pallagi, É.G. Bajnóczi, S.E. Canton, T.B. Bolin, G. Peintler, B. Kutus, Z. Kele, I. Pálinkó, P. Sipos, Environ. Sci. Technol (48) [4] C.F. Baes Jr., R.E. Mesmer, The hydrolysis of cations, John Wiley & Sons, [5] P. Sipos, G. T. Hefter, P. M. May, Aust. J. Chem (51) [6] P. Sipos, M. Schibeci, G. Peintler, P. M. May, G. T. Hefter, Dalton Trans [7] N. Perera, G. T. Hefter and P. Sipos, Inorg. Chem., 2001 (40)

43 FA-PVC KMPZIT MDI KMPATIBILIZÁTRRAL Kuknyó Tímea 1, Dr. Marossy Kálmán 1,2, José Trujillo Vilaboy 1 1 BorsodChem Zrt., 3700 Kazincbarcika, Bolyai tér 1. 2 Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar, Polimermérnöki tanszék, 3515 Miskolc- Egyetemváros A környezet védelme és az erőforrások hosszú távú biztosítása érdekében a WPC (Wood-Plastic-Composite) anyagok egyre nagyobb mértékben törnek előre. A PVC, mint az építőiparban közkedvelt és bevált alapanyag, köszönhetően tartósságának, időjárásállóságának valamint önkioltó tulajdonságainak és a fa, mint dekoratív és természetes, megújuló erőforrásból származó kedvelt építőanyag már a felhasználási terület szempontjából is kívánatos kombináció. A WPC - ből (Wood - Plastic Composite) előállított burkolóanyag a fa és a műanyag kedvező tulajdonságainak ötvözete. A WPC kb %-a polimer. A polimer alapú anyagokból készült tárgyak mindennapi életünk részévé váltak, akár természetes, akár mesterséges polimerről legyen is szó. Az egyre bővülő és tudatosabb vásárlói réteg igényeit megfigyelve, egyre jobb minőségű és olcsóbb alapanyagokat szeretnék előállítani. Bevezetés A kutatómunkám célja PVC-farostokkal való társítása, ezáltal PVC-alapú fa-polimer kompozit előállítása. Számos kutatás indult ennek az anyagnak a kifejlesztésére, valamint továbbfejlesztésére, amit hátráltat, a szemcse és a mátrix összeférhetőségi problémája. Poliolefin alapú WPC esetén általában maleinsavanhidriddel történik az ojtás, amely során poláris karboxil csoportot ojtunk a poliolefin molekulára. Figyelembe véve, hogy a PVC esetében a maleinsavanhidriddel való ojtása nem jöhetett szóba, hiszen a PVC degradál a maleinsavanhidrid hatására, a munka során egy új kompatibilizálási módszert próbáltunk ki többféle összeférhetőséget javító adalékanyag segítségével, majd pedig minősítettük a kapott fa-pvc-, és a fa-pvc-mdi-rendszereket. A gyártási folyamat során fontos szempont az alkotóelemek negatív tulajdonságainak kiküszöbölése, így nagyon ellenálló anyag jött létre. Korábbi kutatómunkám során [1] különböző monomert polimerizáltunk in-situ, két különböző típusú fa rostjaiba. A felhasznált monomer típusok a vinil-acetát és a metilmetakrilát, a felhasznált fatípusok pedig a fenyő és az akác volt. A vizsgálatok sora kimutatta, hogy bár a poliszacharidok (cellulóz, lignin) nem jól összeférhetőek a PVC-vel, mégis tömör szerkezet alakulhat ki. Akác esetében a metil-metakrilát, a fenyő esetében a vinil-acetát biztosított jobb összeférhetőséget. Valamint levontam a következtetést, miszerint a keményfa tulajdonságai kedvezőbbek, így ezzel a típussal folytattam a kísérleti munkámat. A kutatómunka következő fázisában [2] bükk típusú fával és vinil-acetát monomerrel dolgoztam. A vizsgált receptúra 40 tömegrészben tartalmazott bükk típusú faport. A faliszt mechanikai tulajdonságai a PVC pornak köszönhetően nagyban javultak. A kutatómunka harmadik, jelen fázisában nyolc különböző összetételű porkeverékkel dolgoztam. Hat porkeverék esetében a már bevált vinil-acetátot; két porkeverék esetében pedig a BorsodChem Zrt. által gyártott ngronat 2100-as típusú 43

44 pmdi terméket használtam az összeférhetőség javítása érdekében. A polimer MDI a poliuretángyártás egyik alapanyaga. A diizocianát vegyületek rendkívül reakcióképességük révén a PUR termékek fontos alapanyagai. Különböző poliolokkal és egyéb segédanyagokkal változó struktúrájú szerkezeteket és bevonatokat vagy ragasztókat lehet velük előállítani. Kísérleti rész A kísérletet preparátum készítésre, a vizsgálatok előkészítésére és a fizikai tulajdonságok vizsgálatára lehet felosztani. A kompozitok előállítása után a következő fizikai vizsgálatokat végeztem el: a PVC por heterogenitásának vizsgálata, 1 mm-es préslap és granulátum nedvességfelvétele, hőstabilitás meghatározása stabiliméterrel, oxigénindex meghatározása, Shore-D típusú keménységmérés, sűrűség meghatározása, húzószilárdság meghatározása, hárompontos hajlítóvizsgálat, VICAT B lágyulási hőmérséklet meghatározása, DSC, extrudálás, simítóhengerlés és granulálás. 1. ábra: Rp. 3054* jelű porkeverékből készült granulátum, valamint a granulátumból készült metszeti kép *A kísérlet során az általam alkalmazott receptúra megjelölés Összefoglalás A fa-pvc kompozittal folytatott vizsgálatok sora rendkívül sikeresnek bizonyult. A fapor mechanikai tulajdonságai a PVC pornak köszönhetően nagyban javultak. Továbbá a polimer MDI, mint összeférhetőséget javító adalék használata rendkívül ígéretesnek bizonyult, főként az Rp. PWM ½ -es minta. A felhasznált energia költségeinek meghatározása szintén rendkívül fontos kérdés, hiszen a gazdaságosság nagyban hozzájárul egy termék eladási árához. A polimer MDI melyet szintén BorsodChem Zrt. állít elő lehetővé teszi a termék gazdasági mutatóinak csökkentését. 44

45 Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozok Dr. Marossy Kálmánnak és José Trujillo Vilaboynak a nélkülözhetetlen szakmai támogatásukért, valamint a BorsodChem Zrt. támogatásáért, amely keretében biztosították számomra a szükséges eszközöket és műszereket. Irodalom [1] Kuknyó T., Horváth T., Szabó Tamás; Anyagmérnöki Tudományok, 37. Kötet, 1. Szám (2012), pp [2] T. Kuknyó, T. Szabó; Materials Science Forum Vol. 752 (2013) pp (2013) Trans Tech Publications, Switzerland doi: / 45

46 ULTRAHANGS KEVERTETÉSSEL SEGÍTETT ÚJSZERŰ SZINTÉZIS CaAl RÉTEGES KETTŐS HIDRXIDK ELŐÁLLÍTÁSÁRA Mészáros Rebeka 1, Szabados Márton 1,2, Sipos Pál 1,3, Pálinkó István 1,2 1 Szegedi Tudományegyetem, Anyag- és ldatszerkezeti Kutatócsoport, Szeged 2 Szegedi Tudományegyetem, Szerves Kémiai Tanszék, Szeged 3 Szegedi Tudományegyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, Szeged Bevezetés A réteges kettős hidroxidok (layered double hidroxides), röviden LDH-ák különleges, könnyen módosítható réteges szerkezettel rendelkeznek, ezért igen népszerűek mostanában. A legtöbbször használt képviselőjük a hidrotalcitok [1], amelyek réteges szerkezete a brucit szerkezetéből származtatható, csak a Mg(II)-ionok egy része helyett Al(III) ion található a rendszerben. A fémionok körül hidroxidionok találhatók, oktaéderes elrendeződésben [2]. Ezen szerkezeteken kívül léteznek még hidrokalumitszerű réteges kettős hidroxidok is [3], ahol a Ca(II)-ion szerepel kétértékű ionként. A rétegekben a Ca(II)-iont hét, a háromértékű ionokat hat hidroxidion koordinálja, ugyanis a Ca(II)-ion lényegesen nagyobb mint a Mg(II)-ion, ezért hét a koordinációs szám. Az egymáson elhelyezkedő rétegek alkotják a réteges kettős hidroxidot, amely magában foglalja a rétegek között található töltéskiegyenlítő anionokat és a rétegek közötti vízmolekulákat. A réteges kettős hidroxidok újszerű szintéziséhez mechanikai aktiválású, ultrahangos keverésű, vizes közegű kezelést alkalmaztunk. Ilyen előállítási technikával az irodalomban még nem találkoztunk, azonban egy hasonló technikával, a mechanohidrotermális módszerrel kínai kutatók sikeresen állítottak már elő MgAl-LDH-ákat [4]. Kísérleteink során CaAl-LDH előállítását tűztűk ki célul, amely a Bayer-oldatok vizsgálataiból ismerve, úgymond egy köztiterméknek tekinthető abban a reakcióban (1. ábra), amelyben kalcium- és alumínium-hidroxid oldatokból trikalcium-aluminát képződik [5]. 1. ábra: Bayer-oldatok reakció térképe Kísérleti rész Kiindulási anyagként Ca(H) 2-ot és Al(H) 3-ot használtunk 2:1 mólarányban. A mechanikai aktiválást egy rázómalomban hajtottuk végre folyadék hozzáadása nélkül, ahol 46

47 a 1:100 golyó/minta arányt állítottunk be. Miután az aktiválás megtörtént, a keletkezett keveréket üveg centrifugacsőbe helyeztük, majd 5 ml vizes oldat hozzáadása után ultrahang-kádban (35 khz, 30 W) kevertettük több órán keresztül a mintákat. A rendszert termosztáttal fűtöttük, és a szintézist 40 ºC-on hajtottuk végre. A keletkezett szilárd fázist többféle szerkezetvizsgáló módszerrel vizsgáltuk meg röntgendiffraktometriás, pásztázó elektronmikroszkópos, infravörös spektroszkópiás és termogravimetriás méréseket végeztünk. Eredmények és értékelésük A kísérletek során többféle paramétert változtattunk annak érdekében, hogy kialakítsunk egy optimális előállítási módot a CaAl-LDH szintézisére. Az első paraméter az előőrlés ideje volt. A 2. ábrán jól látható, hogy a CaAl-LDH minden esetben kialakult, hiszen jól láthatóak az LDH-kra általánosan jellemző 003 és 006 reflexiók. Abban az esetben amikor, nem alkalmaztunk előőrlést, akkor LDH nem képződött, így kijelenthető, hogy a mechanikai aktiválás nélkülözhetetlen lépés az LDH-k szintézisében. Az őrlési idő növelésével az LDH mennyisége növekedett, azonban jól láthatóan, igen nagy mennyiségben keletkezett melléktermékként trikalcium-aluminát (TCA). Továbbá a 180 perces őrlés alatt képződött egy kalcium-alumínium-oxid-hidrát melléktermék is. A 150 és 180 perces őrlés esetén megfigyelhető, hogy a már említett folyamatábrán (1. ábra) feltüntetett különböző összetételű CaAl-LDH-k amelyek rétegtávolsága eltér egymástól is megjelennek a mintában. A diffraktogramokból megállapítottuk, hogy a mechanikai aktiváláshoz szükséges optimális időtartam 60 perc, hiszen ebben az esetben még alig keletkezett TCA melléktermék, valamint az LDH-khoz tartozó reflexiók intenzitása itt nagyobb, mint 30 perces őrlés esetén, ahol egyébként szintén kevés a melléktermék. Intenzitás Ca 2 Al 2 5 *8 H 2 CaAl LDH TCA Ca(H) 2, Al(H) 3 CaC perc 150 perc 120 perc 90 perc 60 perc 30 perc 0 perc ábra: Az előőrlési idő változtatásával kapott minták (4 óra ultrahangos kevertetés, 5 ml desztillált víz) A következő változtatott paraméter az ultrahangos vizes kezelés ideje volt (3. ábra). A szintézis során minden esetben képződött CaAl-LDH, de minél több ideig kezeltük a mintát, annál magasabb volt a TCA szennyezés. Így optimális ultrahangos keverésnek a 4 47

48 óra bizonyult, ugyanis itt a legalacsonyabb a melléktermék mennyisége a keletkező LDH mennyiségéhez képest. Intenzitás CaAlLDH TCACa(H) 2, Al(H) 3 CaC 3 16 óra 14 óra 12 óra 8 óra 4 óra ábra: Az ultrahangos kevertetés idejének változtatásával kapott minták (30 perc előőrlés, 5 ml desztillált víz) 2 A TCA keletkezésének visszaszorítására Na 2C 3-oldatot adtunk a rendszerhez különböző koncentrációkban (4. ábra). A koncentráció növelésével egyre nagyobb mennyiségben keletkezett réteges kettős hidroxid, de 1 mol/dm 3 -es Na 2C 3-oldat esetén láthatóan visszaszorult az LDH-képződés, feltételezhetően a Ca(H) 2 egy részéből CaC 3 képződött, valamint az oldat viszkozitása megnőtt, így a keverés hatékonysága nagymértékben csökkent. CaAl LDH TCA Ca(H) 2, Al(H) 3 CaC 3, Na 2 C 3 1 M Intenzitás 0,1 M 0,01 M 0,001 M 0 M / 4. ábra: A Na2C3-oldatok hatása az LDH-k keletkezésére (30 perc előőrlés, 5 ml folyadék, 4 óra ultrahangos keverés) 48

49 Kísérleteink szerint tehát az optimális paraméterek: 60 perc előőrlés, 4 óra ultrahangos kezelés és a 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú Na 2C 3-oldat használata. Így olyan réteges kettős hidroxid alakult ki, mely már csak minimális mennyiségben tartalmazott TCA-t (5. ábra). CaAl LDH TCA Ca(H) 2, Al(H) 3 CaC 3 Intenzitás ábra: Az optimalizált paraméterekkel készült réteges kettős hidroxid Az optimális szintézis eredményeként keletkezett CaAl-LDH-t ezután megvizsgáltuk, többek között, infravörös (IR) spektroszkópiával is (6. ábra). A spektrum a réteges kettős hidroxidokra jellemző, jól látható a monomer H-csoportokra jellemző 3670 cm 1 -nél lévő csúcs, a CaC 3 fázis jelenlétét mutató vibrációs sáv 1468 cm 1 -nél, a reverzibilisen abszorbeált C 3 2 -ion jele 1414 cm 1 -nél, és a rétegek közé beépült C ion jele 1365 cm 1 -nél Kubelka-Munk Hullámszám / cm ábra: ptimális paraméterekkel előállított CaAl-LDH IR spektruma 49

50 A keletkezett szilárd fázisú anyagot megvizsgáltuk pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) is, a minta morfológiájának megismerése érdekében (7. ábra). A SEM felvételeken jól látható a réteges kettős hidroxidokra jellemző lamellás szerkezet, ami szintén az LDH keletkezésére utal. 7. ábra Az optimális paraméterekkel szintetizált CaAl-LDH SEM képei. Összefoglalás Kísérleti munkánk során sikeresen állítottunk elő CaAl-LDH-t, amelyet nagyszámú szerkezetvizsgáló módszerrel alaposan jellemeztünk. Úgy találtuk, hogy ez a mechanikai aktiválással és ultrahangos kevertetéssel segített technika, egy nagyon hatékony módszer, amellyel igen rövid idő alatt állíthatók elő kitűnő kristályossági fokú CaAl-LDH. [1] G. Brown,; M.C. Gastuche, Clay Miner (7) 193. [2] Duan X., Lu J., Evans D. G., Assembly Chemistry of Anion-Intercalated Layered Materials in Modern Inorganic Synthetic Chemistry, Elsevier, 2011, Ch 17 pp [3] W.H.F. Taylor, Mineral. Mag (39) 377. [4] F. Zhang, N. Du, H. Li, J. Liu, W. Hou, Solid State Sci (41) 47. [5] S. P. Rosenberg, D. J. Wilson, C. A. Light Metals 2001, 19 50

51 A KALCIUM HIDRXIDJAI ERŐSEN ALKÁLIKUS KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT, VALAMINT EZEK HATÁSA A TERNER RENDSZEREK EGYENSÚLYAIRA Pallagi Attila 1, Gácsi Attila 1, Kutus Bence 1, Peintler Gábor 2, Pálinkó István 3, Sipos Pál 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Anyag- és ldatszerkezeti Kutatócsoport, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék Szeged, Dóm tér 7. 2 Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, 6720 Szeged, Aradi Vértanúk tere 1. 3 Szegedi Tudományegyetem, Anyag- és ldatszerkezeti Kutatócsoport, Szerves Kémia Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8. Munkánk során kalcium(ii) tartalmú erősen alkálikus oldatok egyensúlyait határoztuk meg. Az ilyen típusú rendszerekben fennálló oldategyensúlyok ismerete mind a radioaktív hulladéktárolók pórusvizeiben képződő komplexek meghatározásához, mind bizonyos ipari folyamatok (pl. Bayer-féle timföldgyártás) leírásához illetve irányításához is kiemelt jelentőséggel bír. Megállapítottuk, hogy a Ca(II) tartalmú oldatok egyensúlyait alkálikus körülmények között három oldott részecske együttes jelenlétével írhatjuk le, ugyanis [H ] > 0,2 M oldatok esetében a Ca(H) 2(aq) képződése nem elhanyagolható. Az oldhatósági mérések, a csapadékos és Ca-ISE titrálások együttes értéke alapján a stabilitási állandók a β 1(CaH + ) = 1,5 és β 2(Ca(H) 2) = 4,4, az oldhatósági szorzat pedig L = Eredményeink azt is jelentik, hogy az [H ] növelésével nem csökkenthetjük a Ca(II) koncentrációját ~ M alá, ami összhangban van az alumínium ipar tapasztalataival is. Ezek ismeretében lehetőségünk nyílt az alumínium(iii) tartalmú alkálikus rendszeretek esetében képződő CaAl(H) 4+ ionpár képződési állandójának meghatározására is, mivel megfelelően kicsiny alumínium(iii) koncentráció mellett az oldatból kizárólag Ca(H) 2(s) válik ki. Az ionpár képződési állandójára azonban csupán felső korlátot tudtunk megadni, ugyanis a növekvő H koncentrációval az oldott kalcium mennyisége jelentősen csökken, az oldott alumínium mennyisége pedig csak korlátozottan növelhető. Kísérleteink eredményeiből a köztitermékként képződő réteges kettős hidroxidok oldhatóságára vonatkozó adatokat is nyertünk. A kutatás a TÁMP A/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. 51

52 52 ELMÉLETI KÉMIA

53 TÖBBKMPNENSŰ ELEGYEK CSEPP-KNDENZÁCIÓJÁNAK VIZSGÁLATA Capári Dániel, Kontos János, dr. Dallos András Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Fizikai Kémiai Intézeti Tanszék 8200, Veszprém Egyetem u. 10. Napjainkban a modellezés szerves részét képezi a mérnöki gyakorlatnak. A rendelkezésére álló nagy számítási kapacitás és a modell elkészítésére alkalmas szoftverek széles választéka lehetővé teszik a valóság hű visszatükrözésére alkalmas modellek létrehozását. A bonyolult, több fázis érintkezésekor bekövetkező jelenségek modellezésére a megfelelő számítógépes apparátus nélkül csak jelentős elhanyagolások mellett vagy csak speciális esetekben van lehetőség. A gőz-folyadék rendszerek lírása alkalmas egyszerű összefüggések már a XIX. század közepe óta ismertek, viszont a folyamatok pontos feltárása csak néhány évtizeddel ezelőtt vált lehetővé. A gőz-folyadék átalakulások közé tartozik többek között a forrás, párolgás és kondenzáció is. Kondenzáció során gőz/gázfázis molekulái folyadékfázisba kerülnek. A kondenzáció összetett jelenség, melyben a gázfázis összetétele, a hőmérséklet és a rendszerben uralkodó áramlási viszonyok egyaránt nagy szerepet kapnak. A kondenzáció történhet felületen, illetve térfogaton belül. A jelenség megértése nagy jelentőséggel bír a tudomány illetve az alkalmazások számos területén. A légkörben lejátszódó párolgási és kondenzációs jelenségek fontos szerepet kapnak az éghajlat kialakításában. A különböző műveleti egységekben végbemenő gőz-folyadék fázisátalakulások jelentős részét képezik a vegyipari technológiának. Fűtéstechnológiában magas hatásfokkal működtethető gázkazán, az égéstermékben lévő rejtett hőt, a füstgáz vízgőz tartalmának kondenzáltatásával hasznosító kondenzációs gázkazán. Ezen és még sok más területen értékes ismeretekkel szolgálhat a kondenzációs folyamatok vizsgálatából származó információk. A munkám célja több komponensből álló rendszerek kondenzációs folyamatát leíró modell elkészítése volt, melynek bemenő paraméterei az adott rendszer komponenseinek molekuláris jellemzői, illetve a rendszer állapotjelzői. A feladat megoldásának első lépéseként olyan kísérletek eredményeit gyűjtöttem össze, amely során ismert összetételű rendszerek kondenzációs folyamatait vizsgálták. Ezen eredmények alapján megvizsgáltam, hogy milyen módszerek felhasználásával írható le legjobb közelítéssel a kondenzáció folyamata a kísérleti paraméterek és a rendszert alkotó komponensek molekuláris jellemzői ismeretében. A transzportfolyamatokat legmegfelelőbben leíró összefüggések és a molekuláris tulajdonságok meghatározását lehetővé tevő tulajdonságbecslő módszerek alkalmazásával a kondenzációs modell szoftveres implementálásra került, amely felhasználható többkomponensű rendszerek kondenzációjának vizsgálatára. A munka a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg a TÁMP A-11/1/KNV projekt keretében. 53

54 VÍZ-HCN ELEGYEK GŐZ-FLYADÉK HATÁRFELÜLETÉNEK VIZSGÁLATA SZÁMÍTÓGÉPES SZIMULÁCIÓVAL - MIT MNDHATUNK A 'HCN VILÁG' ELMÉLETRŐL? Fábián Balázs 1,2, Szőri Milán 3, Jedlovszky Pál 1,4 1 ELTE, Kémiai Intézet, Határfelületi- és Nanoszerkezetek Laboratóriuma, 1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A 2 BME, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék, 1111 Budapest, Szt. Gellért tér 4. 3 SZTE Kémiai Informatika Tanszék, 6725 Szeged, Boldogasszony sgt EKF Kémia, Borászati Kémia és Borászat Tanszék 3300 Eger, Leányka út 6. Munkám során molekuláris dinamikai szimulációk segítségével a határfelületi adszorpció jelenségét tanulmányoztam hidrogén-cianid különböző összetételű vizes oldataiban. A számításokat a kanonikus (NVT) sokaságon, 273 K hőmérsékleten végeztem. Az összehasonlításhoz emellett a tiszta vízből és a tiszta hidrogén-cianidból álló rendszereket is megvizsgáltam. A gáz folyadék határfelületi réteget és az alatta húzódó további két molekuláris réteget az ITIM módszer segítségével határoztam meg. A szimulációkból kimutatható, hogy a hidrogén-cianid erős felületi adszorpciót mutat, amely a felületi réteg alatt található további két réteg esetén is jelentős mértékű. Továbbá, a határfelületi réteg szélessége is nagyobb, mint az azt követő rétegeké, ellenben ez a hatás azok esetén már nem tapasztalható. Emellett a molekuláknak a felületi réteg és a tömbfázis közötti kicserélődése egy nagyságrenddel lassabb, mint a többi réteg esetében. Mindezen eredmények alapján az adszorpció mértékétől eltekintve, a határfelület közelsége kizárólag a felületi rétegben tartózkodó molekulákra fejt ki hatást. A felületen való tartózkodási idő a hidrogén-cianid esetében egy nagyságrenddel nagyobb, mint ami a vízmolekuláknál tapasztalható. Ezen túlmenően, a vizsgált rendszerek határfelületi rétegében a hasonló molekulák laterális asszociációja is megfigyelhető. A tény, hogy a hidrogén-cianid feldúsul a határfelületen, laterális önasszociációt mutat és híg oldatok esetén szokatlanul hosszú a felületen való tartózkodási ideje, messzemenő következményekkel járhat a hidrogéncianidnak a prebiotikus evolúció során betöltött szerepére és biológiai fontosságára nézve, különös tekintettel a HCN-világ hipotézis esetére [1]. [1] B. Fábián, M. Szőri, P. Jedlovszky; J. Phys. Chem. C 2014 (118)

55 EGYKMPNENSŰ RENDSZEREK LBBANÁSPNTJÁNAK BECSLÉSÉRE SZLGÁLÓ MÓDSZER FEJLESZTÉSE Kontos János, dr. Dallos András Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Fizikai Kémiai Intézeti Tanszék 8200, Veszprém Egyetem u. 10. A lobbanáspont az a legkisebb hőmérséklet, melyen az adott folyadék telített gőze külső gyújtóforrás segítségével meggyullad. A vegyipari rendszerekben jelenlévő komponensek lobbanáspontja jelentősen befolyásolja az alkalmazott biztonságtechnikai rendszereket. Az vegyipar számos területén (pl. gyógyszeripar, olajipar) területén használnak nagymennyiségű éghető komponenseket, amelyek lobbanáspontjának pontos ismerete elengedhetetlen. A lobbanáspont kísérleti úton történő meghatározása igen költség- és időigényes. Léteznek ún. nyílt- és zártéri mérési módszerek. Az előbbi esetén a folyadék felszíne a környezet felé nyitott, míg az utóbbi mérési technika alkalmazásakor a folyadék és telített gőze zárt rendszerben tartózkodik. A lobbanáspont kísérletileg történő meghatározására ASTM és IS szabványok vonatkoznak. A tiszta komponensek lobbanáspontjának becslésére számos módszer áll rendelkezésünkre, ugyanakkor ezen módszerek legtöbbször csak különböző megkötések mellett alkalmazhatóak. Léteznek becslőmódszerek, melyek csak bizonyos vegyület családok vagy homológ sorok (pl. alkánok) lobbanáspontjának becslésére használhatók. Egyes becslőmódszerek bemeneti paraméterként olyan illesztendő paramétert igényelnek, melynek előállítása csak kísérleti mérések segítségével lehetséges. Az ún. csoportadalékos becslőmódszerek esetén a molekulát kisebb egységekből (pl. funkciós csoportok) építjük fel, majd az egyes egységekhez tartozó adalékok segítségével számítjuk ki a lobbanáspont. Ennek a módszernek hátránya, hogy bonyolult szerkezetű molekulák esetén nem minden esetben áll rendelkezésünkre az egyes csoportokhoz tartozó adalék értéke. Egy olyan becslőmódszer, mely pusztán az anyagok molekulaszerkezetének felhasználásával képes a lobbanáspont megfelelő pontosságú becslésére, nagy érdeklődésre tarthat számot az ipar számos területén. Munkám során egy olyan becslőmódszert hoztam létre, mely a molekulák felületi töltés-sűrűség eloszlását jellemző paraméterek (CSM-RS σ-momentumok mint molekuláris jellemzők) felhasználásával képes a zárttéri lobbanáspont számítására. A rendelkezésemre álló szakirodalom kritikus feldolgozásával létrehoztam egy adatbázist, mely 1034 vegyület, kísérletileg meghatározott zárttéri lobbanáspont értékeit tartalmazza. Ezt követően kvantumkémiai CSM számítás segítségével meghatároztam az egyes molekulák felületi töltéssűrűség eloszlását, majd a CSM-RS modellel kiszámítottam az a molekulák σ-momentumjait. Elsőként többváltozós lineáris regressziót (MLR) végeztem, vagyis a σ-momentumok és a lobbanáspont között lineáris kapcsolatot felételeztem. A MLR segítségével nem sikerült megfelelő illeszkedést elérném, ezért a mesterséges neurális hálózatot (ANN) - mint nem-lineáris problémák leírására alkalmas fekete doboz modell - használtam. A mesterséges neurális hálózat optimálása során vizsgáltam a neuronok számának, a tanítási algoritmusnak, illetve a neuron átviteli függvényének hatását a becslés minőségére. 55

56 A legjobbnak talált idegháló esetén a tanítási és teszt szetthez 0,886, illetve 0,887 négyzetes korrelációs együttható értékek tartoznak, ami a mért és a számított zárttéri lobbanáspontok jó egyezésére utal. A munka a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg a TÁMP A-11/1/KNV projekt keretében. 56

57 HSSZÚ SZEKVENCIÁJÚ TRICHBRACHIN ÉS HYPMURCIN PEPTIDEK TÉRSZERKEZETI ÉS FLDING SAJÁTSÁGAINAK TANULMÁNYZÁSA Násztor Zoltán 1,2, Horváth János 1, Leitgeb Balázs 1,3 1 Magyar Tudományos Akadémia, Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet, 6726 Szeged, Temesvári krt Szegedi Tudományegyetem, rvosi Vegytani Intézet, 6720 Szeged, Dóm tér 8. 3 Szegedi Tudományegyetem, Mikrobiológiai Tanszék, 6726 Szeged, Középfasor 52. A peptaibolok az antimikrobiális peptidek népes családjába tartoznak, és ezek a molekulák az antibakteriális, antifungális és antivirális hatások széles spektrumával jellemezhetők. A peptaibolokat a szekvencia hosszuknak megfelelően az alábbi két csoportba sorolhatjuk: (1) rövid szekvenciájú peptaibol molekulák; (2) hosszú szekvenciájú peptaibol molekulák. A 18 aminosavból álló hypomurocin B (HM B) peptidek, valamint a 20 aminosavból felépülő trichobrachin IIb (TB IIb) peptidek a hosszú szekvenciával rendelkező peptaibolok csoportjának reprezentatív tagjai. Ezen peptaibol molekulák térszerkezeti és folding sajátságait tanulmányoztuk molekuladinamikai (MD) számítások alkalmazásával. A hat HM B molekula közül három, míg a négy TB IIb molekula közül kettő tartalmaz D-izovalin (D-Iva) aminosavat. Annak érdekében, hogy megvizsgálhassuk az Iva aminosav D-izomerének a fenti peptaibolok folding folyamataira kifejtett hatásait, ezen molekulák L-Iva-tartalmú analógjai esetén szintén tanulmányoztuk a térszerkezeti és folding sajátságokat. Az MD szimulációk alapján a különböző helikális szerkezetek (-, és balmenetes -hélix) kialakulását vizsgáltuk az idő függvényében, figyelembe véve nemcsak a peptidek teljes szekvenciájára, hanem az egyes aminosav egységekre vonatkozó helicitás értékeket is. Emellett a molekulagerinc NH donor és C akceptor csoportjai között létrejövő, különféle típusú intramolekuláris H-kötések számának időbeli változását is tanulmányoztuk. Ezen kölcsönhatások közé egyrészt a helikális szerkezeteket stabilizáló ún. lokális H-kötések (i i+3 és i i+4 H-kötések), másrészt pedig az ún. nem-lokális H- kötések (i i+n, ahol n > 4; és i i+n H-kötések) tartoztak. Az eredményeink alapján megállapítható, hogy a helikális struktúrák és a hélix-stabilizáló, lokális H-kötések időbeli evolúciója jó egyezést mutatott egymással. Ugyanakkor azt tapasztaltuk, hogy a nemlokális H-kötések nem fejtettek ki jelentős hatást a helikális szerkezetek kialakulását, illetve a peptaibolok folding folyamatait illetően. Emellett az MD számításokból kapott eredmények arra a következtetésre vezettek, hogy az Iva aminosav esetén vizsgált L-D izoméria hatással van a peptidek folding folyamataira. Összességében az MD szimulációk alapján részletesen jellemeztük a hosszú szekvenciájú HM B és TB IIb molekulák, illetve L-Iva-tartalmú analógjaik folding folyamatait, továbbá meghatároztuk ezen peptaibolok karakterisztikus térszerkezeti és folding tulajdonságait. Leitgeb Balázs publikációt megalapozó kutatása a TÁMP A/2-11/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. A munka az rszágos Tudományos Kutatási Alap (TKA K ) támogatásával készült. 57

58 NEMKNVENCINÁLIS BÁZISFÜGGVÉNYEK ALKALMAZÁSA A KVANTUMKÉMIÁBAN Mester Dávid 1, Kállay Mihály 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, 1111, Budapest, Budafoki út 6-8. A kvantumkémiában leggyakrabban használatos determináns alakú hullámfüggvényeket a molekulapályák antiszimmetrikus szorzatából képezhetjük. A gyakorlatban ezek a molekulapályák egy ismert, véges függvényhalmazon vett sorfejtésként állnak elő, amely halmaz elemei az atomi bázisfüggvények. A számítások során az egyes függvényekből felépülő báziskészleteknek döntő szerepe van a pontosság szempontjából. Napjainkban a számos előnyös tulajdonsággal rendelkező, Boys és munkatársai által bevezetett, i k 2 ( r A) j r A l x y z,,, x A y A z A e alakú Gauss-típusú pályákból (GT) felépülő kontrahált GT-kat alkalmazunk, ahol r (x, y,z) az elektronok koordinátáját, A (A x,a y,a z) a függvények centrumát tartalmazó oszlopvektor, l (i, j, k) az impulzusmomentumot reprezentáló számhármas. [1] A báziskészleteket minőségük javítása érdekében sok esetben a betöltött pályákénál magasabb mellékkvantumszámú, az atommagokon centrált, úgynevezett polarizációs függvényekkel (PF) látjuk el, amelyek a hullámfüggvény szögtől függő részének biztosítanak nagyobb flexibilitást. A PF-ek alkalmazása nagymértékben növelik a bázisszetteket felépítő függvények, és így az egyes molekuláris integrálok számát is. Dolgozatunk alapja, hogy ha a polarizációs függvényeket az általunk elsőként bevezetett, a kötések mentén centrált, i k ( r A) α( r A) j r A l α x y z,,, x A y A z A e általános alakú elliptikus Gauss-függvényekkel helyettesítjük, ahol α egy 3x3-as szimmetrikus, pozitív definit mátrix, akkor a polarizált atomi töltéseloszlás és a kémiai kötés leírására alkalmasabb modellt kapunk, amivel egy időben a bázisfüggvények számának jelentős csökkentését érhetjük el. Munkánk során a molekuláris integrálokat számító rutinokat, és a báziskészletek tárolására és használatára alkalmas környezetet a kutatócsoportunk által írt és fejlesztett MRCC ab initio és sűrűségfunkcionál kvantumkémiai programban implementáltuk. [2] Az egyes egyelektron-integrálokat a sűrűségfunkcionál számításokhoz felhasznált Lebegyev-kvadratúrát alkalmazó integrálórácson számítottuk, míg a kételeketron-integrálok mátrixalgebrai formalizmust is felhasználó analitikus formuláit vezettük le. Az integrálokban megjelenő r12 függésre Hackbusch és munkatársai által optimált paramétereket tartalmazó exponenciális sorfejtést alkalmaztuk. [3] Az így kapott eljárás pontosságát a program által számolt numerikusan egzakt értékekkel hasonlítottuk össze, amely alapján megállapítottuk, hogy a sorfejtésből származó hiba a várható effektus mértékéhez képest elhanyagolható. Az elliptikus 1 58

59 függvények tárolásához egy, a kötésekhez rögzített koordinátra-rendszert választottunk, amelyből egy transzformáció segítségével képeztük le azokat a számításokhoz szükséges laboratóriumi-koordináta rendszerbe. Az elkészült rutinokat felhasználva a báziskészletek paramétereit (pályaexponens, pozíció, ellipticitás mértéke) optimáltuk a szerves kémiában leggyakrabban előforduló egyszeres kötésekre, majd az eredményeket felhasználva számos molekulára végeztük teszt számolásokat, amelyeket hasonló minőségű bázisok által kapott értékekkel hasonlítottunk össze. A kapott eredmények alapján egyértelműen kijelenthető, hogy az egyszerű, illetve az elliptikus GT-k kötések mentén centrált alkalmazása jelentősen javítja a polarizációs függvényekkel nem rendelkező báziskészletekkel kapott eredményeket. A PF-ekkel ellátott készletek teljesítményét nagyban megközelítik már egyetlen kötés-függvény alkalmazásával, míg a számításokhoz felhasznált függvények száma jelentősen alacsonyabb. [1] W. J. Hehre, J. A. Pople, Journal of Computational Physics, 1978 (27) [2] MRCC, written by M. Kallay, Z. Rolik, I. Ladjanszki, L. Szegedy, B. Ladoczki, J. Csontos and B. Kornis. [3] A. Takatsuka, S. Ten-no, W. Hackbusch, Journal of Chemical Physics, 2008 (129), :

60 KÉTKMPNENSŰ ELEGYEK LBBANÁSPNTJÁNAK BECSLÉSÉRE SZLGÁLÓ MÓDSZER FEJLESZTÉSE Rieder Norbert, Kontos János, dr. Dallos András Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Fizikai Kémiai Intézeti Tanszék 8200, Veszprém Egyetem u. 10. A gyúlékony folyadékok lobbanáspontjának pontos ismerete elengedhetetlen a biztonságtechnikai, illetve a veszteség-megelőzési előírások betartásához. A kétkomponensű folyadékelegyek leírása igen bonyolult feladat, ugyanis az egyes komponensek közötti intermolekuláris kölcsönhatások nagy mértékben befolyásolják az elegyre vonatkozó tulajdonságokat. Ezen kölcsönhatások leírására az aktivitási tényező szolgál. Az aktivitási tényező becslésére szolgáló aktivitási modellek (pl. NRTL, UNIFAC) legtöbbször olyan az adott elegyre jellemző paramétereket igényelnek, melyeknek előállítása csak kísérleti mérések vagy szakirodalmi adatok felhasználásával lehetséges. Célom egy olyan modell kifejlesztése, mely alkalmas többkomponensű folyadékelegyek lobbanáspontjának becslésére, az adott rendszerre jellemző illesztendő paraméter nélkül. A becslőmódszer létrehozása során a kvantumkémiai CSM elméletre épülő CSM-RS módszert használtam fel, mely a molekulák optimalizált szerkezetének felhasználásával képes az elegy komponenseinek aktivitási tényezőjének becslésére. Az így létrehozott modell csak a tiszta komponensekre vonatkozó lobbanáspont értékeket, a gőznyomás számításához szükséges paramétereket és a komponensek molekulaszerkezetét igényli bemeneti adatként. Az elegy egyaránt tartalmazhat gyúlékony és nem-gyúlékony komponenseket is. A CSM-RS módszer mellett, más aktivitási modellek (UNIFAC, NRTL) is implementálásra kerültek a becslőmódszerben, mely segítségével lehetőség van összehasonlítani a különböző aktivitási modellek által számított eredményeket. Munkám első részeként áttekintettem a többkomponensű elegyek lobbanáspontjára vonatkozó szakirodalmat, valamint mérési adatokat gyűjtöttem a modell validálásához. Ezután szakirodalmi adatok felhasználásával összegyűjtöttem a különböző aktivitási modellek paramétereit, a tiszta komponensek lobbanáspontját és a gőznyomás számításához szükséges paramétereket tartalmazó adatbázisokat. Ezt követően kémiai rajzolóprogramok segítségével felvázoltam az egyes anyagok molekulaszerkezetét, majd kvantumkémiai CSM számítást végeztem. A különböző összetételek esetén a lobbanáspontot iterációs módszerrel határoztam meg. Továbbiakban vizsgáltam az elegy komponenseinek aktivitási profilját az összetétel függvényében, valamint összehasonlítottam az egyes aktivitási modellekkel számított eredményeket. A számítások elvégzéséhez Matlab keretprogramot hoztam létre. Az általam elkészített modell eredményei és a szakirodalomban talált kísérleti adatok közti elfogadható egyezés jól mutatja a kifejlesztett modell használhatóságát. A munka a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg a TÁMP A-11/1/KNV projekt keretében. 60

61 A KLÓRSZILÁNK HIDRLÍZISE Nyulászi László 1, Szieberth Dénes 1, Turczel Gábor 1, Szabó Gergő 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4. A szilil-halogenideket, különösen a szilil-kloridokat számos kémiai technológiában széles körben alkalmazzák. Ennek oka, hogy a klór könnyen lecserélhető más atomra, atomcsoportra. Gyakran felhasználnak különböző klórszilánokat kromatográfiás állófázisok előállítására illetve módosítására, a kolloidkémiában nanoméretű Si 2 részecskék előállítására (Stöber-eljárás), preparatív laborokban kiindulási anyagként, védőcsoport létrehozására. A klórszilánokból viszonylag egyszerű reakciókkal különböző szerves szilíciumvegyületek állíthatóak elő. Alkoholízissel szilil-éterekhez jutunk, míg alkil/arillítiummal történő reakció során szilícium-szén kötés alakítható ki. Ugyanakkor a nagy reakcióképesség egyben a hátrányuk is, hiszen nagyon könnyen hidrolizálnak. Ez nehezíti tárolásukat, csökkenti a felhasználhatóságukat is, a reakciók során a víz kizárásáról gondoskodni kell, ugyanis a szilícium-klór kötést tartalmazó vegyületek még a levegő nedvességtartalmával (1. ábra) is reagálnak. Ez a gyakorlati alkalmazások szempontjából nagyon kellemetlen tulajdonság nem egyedülálló, a nemfémes elemek szervetlen halogénvegyületei általában könnyen hidrolizálnak, hasonló probléma merül fel a foszfor, kén vagy germánium kloridjainak tárolásánál is. 1. ábra SiCl4 hidrolízise levegőn [1] A klórszilánok különböző méretű vízklaszterekkel való hidrolízisének mechanizmusát tanulmányoztuk kvantumkémiai módszerekkel a SiH 3Cl modellvegyületen keresztül. Minden klaszterméret esetében találtunk olyan reakcióutat, ahol inverzióval illetve retencióval megy végbe a folyamat. Egytől három vízig a retenciós mechanizmus a preferáltabb (egy vízzel a reakció a 2. ábrán), míg négy víztől (3. ábra) már az inverziós. Mindez jó összhangban van a kísérleti eredményekkel, miszerint a klórszilánok folyadékfázisban inverzióval hidrolizálnak. [2] 61

62 2. ábra SiH3Cl egy vízzel való reakciója B97D/aug-cc-pVTZ szinten 3. ábra SiH3Cl négy vízzel való reakciója B97D/aug-cc-pVTZ szinten A reakciónak az aktiválási energiája a vízklaszter méretének növekedésével jelentősen csökken, így lehetséges a hidrolízis sebességének csökkentése a megfelelő közeg választásával, növelve ezáltal a klórszilánok felhasználhatóságát (4. ábra). 4. ábra SiH3Cl hidrolízisének függése a vízklaszter méretétől 62

63 Az inverzióval lejátszódó mechanizmust molekuladinamikával vizsgálva (58 víz) azt tapasztaltuk, hogy a reakció aktiválási energiája lecsökkent mindössze 2 kcal/mol-ra. Tanulmányoztuk továbbá a szilíciumhoz kapcsolódó szubsztituensek szerepét a szilícium-klór kötés hidrolízisének sebességére és mechanizmusára a SiH 3Cl esetén megvizsgált egyes reakcióutakra (egy vízzel a retenciós mechanizmus, négy vízzel a retenciós + inverziós mechanizmusok). A töltéseloszlás számítás eredményei alapján minél pozitívabb a töltés a szilíciumon, annál nagyobb a reakció aktiválási energiája (5. és 6. ábra): 5. ábra Szubsztituensek hatása a monoklórszilánok egy vízzel való hidrolízisére 6. ábra Szubsztituensek hatása a monoklórszilánok négy vízzel való hidrolízisére [1] I. Kovács, L. Nyulászi, Cs. Fekete, L. Könczöl, P. Terleczky; Általános kémiai laboratóriumi gyakorlatok [2] L. H. Sommer; Stereochemistry, Mechanism and Silicon; McGraw-Hill, New York,

64 64 FIZIKAI KÉMIA

65 A HIDRGÉNIN DIFFÚZIÓS EGYÜTTHATÓJÁNAK MEGHATÁRZÁSA HIDRGÉLEKBEN Herczegh Tünde 1, Schuszter Gábor 1, Tóth Ágota 1, Horváth Dezső Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék 6720 Szeged, Rerrich Béla tér Szegedi Tudományegyetem, Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék 6720 Szeged, Rerrich Béla tér 1. Kutatómunkánk célja a hidrogénion diffúzióállandójának meghatározása különböző hidrogélekben. A téma motivációját a világon széles körben kutatott reakció-diffúzióvezérelt kémiai mintázatképződés adja, mivel kísérleti közegnek gyakran hidrogéleket használnak a konvekció kizárása érdekében, emellett a diffúzióval kölcsönható autokatalitikus kémiai reakciókban sok esetben a hidrogénion tölti be az autokatalizátor szerepét. A kémiai mintázatok lényegében olyan makroszkópikusan is megfigyelhető inhomogén koncentrációeloszlások, amelyek kialakulásáért gyakran a reaktánsok és az autokatalizátor eltérő diffúziósebessége a felelős. A dinamikai vizsgálatokhoz tehát fontossá vált, hogy megismerjük a hidrogéniont jellemző diffúzióállandót az adott kísérleti körülmények között. Ehhez egy konduktometriás méréstechnikát választottunk, amely azonban nem szelektív módszer, tehát nem nyerhetünk belőle egyedi ionokra vonatkozó információkat. Ezzel szemben a módszer alkalmas egyszerű erős elektrolitok, például NaCl és HCl effektív diffúziós együtthatóinak meghatározására. A vizsgálatba bevontuk az ionos komponensek diffúzióállandóinak mérésére is használható pulzus gradiens spin-echo NMR (PFGSE-NMR) módszert, amellyel a nátriumion diffúziós együtthatóját kaptuk meg, ebből és a NaCl-ra és HCl-ra vonatkozó effektív értékekből pedig kiszámíthattuk a hidrogénion keresett értékét. Numerikus integrálást alkalmazva megoldottuk a rendszerre jellemző differenciális mérlegegyenleteket, amelyekkel azt vizsgáltuk, hogy hogyan járulnak hozzá a rendszer viselkedéséhez a diffundáló részecskék ionos tulajdonságai. Az egyes polimergélekben előforduló ionos szennyező komponenseket vagy kötött ionos funkciós csoportokat egy háttérelektrolit oldat formájában vettük figyelembe, és tanulmányoztuk, hogy különböző koncentrációkban mekkora mértékben befolyásolja az a mérhető vezetést. A konduktometriás mérésekhez használt elektrokémiai cella sima platinalapos elektródpárokkal, saját tervek alapján készült, működését további modellszámításokkal és mérésekkel ellenőriztük. A vezetési és áramfolyási viszonyok feltárásához numerikusan megoldottuk a differenciális hm-törvényt a geometriai paraméterek figyelembevételével. A gyakorlatban a cella használatba vétele előtt az elektródpárokon impedanciamérést végeztünk, ellenőriztük a mérési áramfrekvenciák helyességét, valamint gyakorlati cellaállandókat számoltunk, amelyeket összehasonlítottunk a differenciális hm-törvény megoldásából elméleti úton nyert értékekkel. A konduktometriás mérésekhez feltöltöttük a cella mérési terét adott koncentrációjú hidrogéllel, az elektrolitoldatok diffúzióját pedig egy kisebb, az oldattal impregnált géldarabbal indítottuk meg. A mérések időtartama több nap volt, ezalatt végig nyomon követtük a vezetés változását az egyes elektródpároknál. Az adatsorokból matematikai megfontolások alapján megkaptuk a NaCl-ra vagy HCl-ra vonatkozó effektív diffúzióállandót. A PFGSE-NMR módszerrel megmértük a nátriumion egyedi diffúziós 65

66 együtthatóját ugyanolyan töménységű és fajtájú hidrogélekben, mint amelyeket a vezetésméréshez készítettünk. A kombinált eredményekből meghatároztuk a hidrogénion diffúziós együtthatóját 2 (m/v)%-os agaróz gélben, más összetételű és töménységű hidrogélekre méréseink jelenleg is folynak. 66

67 C2 FTELEKTRKÉMIAI ÁTALAKÍTÁSA TÜZELŐANYAGKKÁ VEZETŐ PLIMER ELEKTRÓDKN Hursán Dorottya, Janáky Csaba, Visy Csaba SZTE Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, 6720 Szeged, Rerrich Béla tér 1. Napjainkban a fokozódó energia- és környezetvédelmi problémák megoldása érdekében egyre nagyobb figyelem irányul a légköri C 2 mennyiségének csökkentésére. A számos módszer közül azoknak van kiemelkedő jelentőségük, melyek képesek a C 2-ot közvetlenül felhasználható tüzelőanyagokká (pl. metanol) átalakítani. A C 2-redukciós folyamatok jelentős energiaigénye miatt előtérbe kerülnek a napenergia segítségével működő eljárások, különös tekintettel a környezeti hőmérsékleten és légköri nyomáson működő fotoelektrokémiai módszerekre. 1. ábra: A fotoelektrokémiai C2 redukció alapvető módszerei Munkám során különböző vezető polimer (polipirrol, poli-3,4-etiléndioxi-tiofén, polianilin) fotokatódok C 2 redukcióban mutatott fotoelektrokatalitikus aktivitását vizsgáltuk. Az elektrokémiai úton előállított polimer rétegek katalitikus viselkedését fotoelektrokémiai módszerekkel (fotovoltammetria, potenciosztatikus mérések) tanulmányoztuk. A N 2 és C 2 atmoszférában felvett fotovoltammogramok alapján megállapítottuk, hogy mindhárom polimer a p-típusú félvezetőkre jellemző redukciós fotoáramot mutat, melynek nagysága és megindulásának potenciálja eltér C 2 hiányában és 67

68 annak jelenlétében. Ez a különbség egyértelműen a C 2 redukcióban mutatott katalitikus aktivitást jelzi. A három vizsgált polimer közül a polianilin esetén tapasztaltuk a legjelentősebb hatást, feltehetően a jó C 2-adszorpciós képessége miatt, ezért a részletesebb vizsgálatokat ezzel a polimerrel végeztük. A fotoáram nagysága a potenciosztatikus mérések alapján, akár ötszörös értéket is elér a C 2 jelenlétében. A C 2 redukció és a vele versengő protonredukció elkülönítése érdekében vizsgálatokat végeztünk N 2 atmoszférában a C 2- dal telített oldat ph-jával megegyező ph-n. Ezzel bizonyítottuk, hogy a megnövekedett katalitikus aktivitás C 2 atmoszférában nem a nagyobb hidrogénion-koncentráció miatt van, hanem a C 2 redukciójához köthető. A keletkező termékek detektálását hosszú idejű elektrolízist (2 óra, -0,4 V vs. Ag/AgCl) követően GC-MS mérésekkel végeztük, melynek során redukciós termékként alkoholok jelenlétét sikerült kimutatni. A továbbiakban a keletkező termékek időfüggésének vizsgálatát szeretnénk elvégezni, illetve további nitrogén tartalmú vezető polimerek alkalmazhatóságát szeretnénk vizsgálni fotoelektrokémiai C 2 redukciós folyamatokban. 68

69 2,5-DIKLÓR-1,4-BENZKINN ÉS SZULFITIN REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA Kiss Virág 1, Józsa Éva 1, Dr. Ősz Katalin 1 1 Debreceni Egyetem, Fizikai Kémiai Tanszék, Debrecen, Egyetem tér A halogéneket tartalmazó környezetszennyező szerves anyagok halogénmentesítése fontos ipari probléma. Munkám során a 2,5-diklór-1,4-benzokinon Na 2S 3-tal lejátszódó reakcióját vizsgálom. Célom az egymás mellett lejátszódó fotoreakció és a redukciós, valamint egyéb folyamatok elkülönítése, illetve a kinetikájuk tanulmányozása. Vizes közegben a kinonszármazékok fény hatására diszproporcióval hidrokinonná és hidroxi-kinonná alakulnak át. Egy másik reakcióúton oxigén felszabadulása közben hidrokinonná redukálódhatnak. Ezen reakciók spektrofotometriásan jól követhetők, mivel a kiindulási kinon és a termékek abszorpciós spektruma eltérő. A diódasoros spektrofotométer lámpájának fénye elég intenzív ahhoz, hogy fotoreakció indukálódjon. [1-2] A halobenzokinonok a víztisztítás melléktermékei. Érdekesség, hogy csővezetékekben kisebb, míg az uszoda vizében nagyobb a koncentrációjuk. Ez utóbbi oka, hogy a napvédő testápolók, krémek, kozmetikumok prekurzorokként elősegítik a képződésüket. Eltávolításukat UV-fénnyel való megvilágítással és ozonizálással kísérelték meg. [3-4] Előzetesen már vizsgálták durokinon, illetve 2,3,5-trimetil-p-benzokin reakcióját szulfittal, ahol is monoszulfo-szubsztituált hidrokinon képződése valósult meg. [5] A vizsgált rendszerünkben a nátrium-szulfitnak több szerepe feltételezett: megjelenhet mint redukálószer puffer vagy gyenge bázis, az aktív formától függően és/ vagy a feltételezett keton-biszulfit reakció reagenseként is rész vehet a folyamatban. [6] 1. ábra: A különböző koncentrációjú 2,5-diklór-1,4-benzokinon nátriumszulfittal lejátszódó reakciójában mérhető spektrális változások A reakció első lépéseként pillanatszerűen egy narancssárga addukt képződése valósul meg, amit stopped-flow időskálán követhetünk, 520 nm-en detektálva az 69

70 abszorbancia változását. A képződés a kinon- és a szulfition koncentrációjától függően akár ms-ok alatt lejátszódhat, azaz még stopped-flow módszerrel sem mindig követhető. A bomlási reakció (1. ábra) összetett kinetikát mutat, melyre hatással lehet az oldat ph-ja, az oldott oxigén jelenléte, illetve a fotoreakció melléktermékeként képződő hidroxikinon és hidrokinon is. Az abszorbancia-idő görbék maximumához tartozó abszorbancia értékek segítségével amennyiben a reaktánsokat összemérhető mennyiségben alkalmazzuk információt kaphatunk a kinon és a szulfition reakciójának a sztöchiometriájáról is. A munka a TÁMP A-11/1/KNV számú ENVIKUT projekt keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. [1] I. Fábián, G. Lente; Pure and Applied Chemistry, 2010 (82) [2] G. Lente, J.H. Espenson; Journal of Photochemisry and Photobiology A: Chemistry, 2004 (63) [3] Y. Qian, W. Wang, J.M. Boyd, M. Wu, S.E. Hrudey, X.F. Li; Environmental Science and Technology, 2013 (47) [4] W. Wang, Y. Qian, J.M. Boyd, M. Wu, S.E. Hrudey, X.F. Li; Environmental Science and Technology, 2013 (47) [5] C.A. Bishop, R.F. Porter, L.K.J. Tong; Journal of the American Chemical Society, 1963 (85) [6] T.S. Rao, S.B. Salunke; Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 1984 (26)

71 SZÉN NANCSŐ IMPREGNÁLÁS REPRDUKÁLHATÓSÁGÁNAK VIZSGÁLATA INVERZ GÁZKRMATGRÁFIÁS MÉRÉSEKKEL Gerencsér Fruzsina, dr. Dallos András, dr. Varga Csilla, Járvás Zsuzsa Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Fizikai Kémiai Intézeti Tanszék 8200, Veszprém Egyetem u. 10. A kompozitokkal az élet számos területén (járműipar, textilipar, sportszerek, stb.) találkozhatunk. Munkám során a kompozit-alkotóként is használt szén nanocsövek felületi energetikai jellemzőit vizsgáltam. A nanotechnológiában fontos szerepet töltenek be a szén nanocsövek. Nagyfokú szakítószilárdság, hőstabilitás, rugalmasság, hajlékonyság és rendkívül kis sűrűség jellemző rájuk, ezáltal közkedvelt kompozit-alkotókká váltak. A kompozitok sajátságait az összetétel, a szerkezet és a komponensek tulajdonságai mellett nagymértékben befolyásolja a mátrix és az erősítő fázis közötti határfelületi kölcsönhatás erőssége, melyre a vizsgált minta felületi energetikai jellemzőiből következtethetünk. Inverz gázkromatográf (IGC) segítségével gyorsan és pontosan meghatározhatók a kompozit-alkotók felületi jellemzői. Inverz gázkromatográf alkalmazása során a vizsgálandó anyaggal töltjük meg a kolonnát, majd ismert jellemzőkkel rendelkező folyadékok gőzeit (alkánok, poláris anyagok) injektáljuk a vivőgáz áramba. Az így kapott retenciós adatok felhasználásával meghatározható a felületi energia diszperziós és specifikus komponense, valamint a Gutmann összefüggés segítségével a szilárd felület Lewis kölcsönhatásokra jellemző sav- és bázis-állandója. A méréseket az SMS (Surface Measurement System) cég által gyártott SEA (Surface Energy Analyzer) típusú, lángionizációs detektorral (FID) ellátott, második generációs inverz gázkromatográf segítségével végeztem. A kísérletek során többféle kezelésnek alávetett szén nanocső minta felületi jellemzőit határoztam meg két különböző hőmérsékleten (70 C, 110 C). A vizsgált mintákat a Pannon Egyetem Vegyipari Műveleti Intézeti Tanszékén állították elő és a Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet ML Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszékén kezelték. A kezelés során az előállított szén nanocső mintákat két részre osztották. Az egyik részt impregnálták (folyadékkal itatták át), majd ezt még két részre osztották, egy részét hőkezelték, a másikat nem. A hőkezelést 100 C feletti hőmérsékleten végezték szárítószekrényben, melynek célja a felesleges oldószerek eltávolítása volt. A felületi vizsgálat arra irányult, hogy reprodukálható-e az impregnálás, illetve a hőkezelésnek milyen hatásai vannak a minta felületi tulajdonságaira. A két különböző hőmérsékleten végzett inverz gázkromatográfiás mérések adatait felhasználva kiszámítottam a szén nanocsövek felületi energiájának diszperziós komponens értékét, az elinjektált poláris anyagok specifikus adszorpciós szabadentalpia-változásait, valamint a Gutmann egyenlet alapján meghatároztam az adszorbensek felületének sav-bázis állandóit. A mért és számolt eredmények alapján megállapítottam, hogy az impregnálás reprodukálható a mintákon, ha nem végzünk hőkezelést, hiszen a hőkezelés hatására az impregnálás során felkerült oldószerek egy része eltávozik. A hőkezelés hatására nagyobb felületi energia értékeket kaptam. A reverzibilis adhéziós munka nagysága egyenesen arányos a felületi energia diszperziós komponensének nagyságával. A nagy reverzibilis adhéziós munkából 71

72 következik, hogy a részecske-részecske kölcsönhatások erősek, így jelentős lehet a szemcsék aggregációja. Tehát azok a minták, amelyeknek nagy a felületi energia diszperziós komponens értéke, hajlamosak lehetnek aggregációra, amiből arra következtettem, hogy ezek a minták kevésbé alkalmasak piacképes kompozitok létrehozására. Munkám során végzett kísérletek eredményei felhasználhatók kompozitok tervezésekor, hiszen a mérési eredményekből következtethetünk, hogy a különböző kompozit-alkotó szálerősítő és bázisalkotó komponensek mennyire alkotnak jó kompozíciót együtt, valamint mennyire kötődnek egymáshoz a szálerősítő anyagok egy-egy kompozit esetében. Köszönetnyilvánítás A munka a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg a TÁMP A-11/1/KNV projekt keretében. 72

73 KEZELETLEN ÉS KATINCSERÉVEL KEZELT NA- MNTMRILLNIT MINTÁK FELÜLETI TULAJDNSÁGAINAK MEGHATÁRZÁSA INVERZ GÁZKRMATGRÁFFAL Mészáros Brigitta 1, dr. Dallos András 1, Járvás Zsuzsa 1 1 Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Fizikai Kémiai Intézeti Tanszék 8200, Veszprém Egyetem u. 10. Agyagásványokat számos területen alkalmaznak, mint például gyógyászatban, kozmetikai termékekben, vagy akár szennyezett vizek tisztításánál. A folyamatos népességnövekedés és a fejlődő országok növekvő vízigénye miatt fontos a meglévő vízkészletek tisztán tartása. A vizek szennyező komponenseinek eltávolítására különböző adszorbenseket alkalmaznak. Ilyen adszorbensek az ásványok is, - mint például a montmorillonit-, amelyek nagy hatékonysággal képesek megkötni mind a szerves anyagokat, mind pedig a fémionokat. Napjainkban egyre nagyobb teret nyer az agyagásványok nanokompozitokban történő felhasználása is. A természetes montmorillonitok széleskörű felhasználásának egyik oka kémiai és fizikai módosíthatóságuk, mely segítségével igényeinknek megfelelően javíthatjuk az anyag felületi jellemzőit. A különböző anyagok a montmorillonit felületén nem egyformán adszorbeálódnak az agyagásvány eltérő felületi energetikai tulajdonságai miatt, ami a különböző kezelésekkel magyarázható. Az általam vizsgált módosított agyagásvány mintákat ioncserével kezeltékkét koncentrációban, az első esetben a montmorillonit kationcserélő kapacitásával megegyező koncentrációban történt az ioncsere a másik esetben ennek kétszeresével. A felületi jellemzők meghatározásához egy dinamikusan fejlődő módszert, az inverz gázkromatográfiát alkalmaztam, melynek lényege, hogy a szilárd fázis felületén megkötődő tesztanyag minőségének és mennyiségének ismeretében az állófázis felületi tulajdonságai vizsgálhatók, illetve a tesztvegyület és a felület közötti kölcsönhatások erőssége is meghatározható. A mérések során kezelt és kezeletlen Na-montmorillonit minták felületi energetikai tulajdonságait vizsgáltam egy láng ionizációs detektorral felszerelt, második generációs inverz gázkromatográf segítségével. A hőmérséklet függvényében meghatároztam a vizsgált agyagásvány minták felületi energetikai tulajdonságait kis tesztanyag-koncentráció esetén. A mérések során nyert retenciós adatokból többféle (Dorris-Gray, Schultz) módszer alkalmazásával kiszámoltam a minták felületi energiájának diszperziós komponensét. Továbbá meghatároztam az adszorpciós szabadentalpia-változás és entalpia-változás specifikus komponensét és a minta-felület sav-bázis állandóit. A különböző előkezelésen átesett minták esetén kapott felületi energetikai analízis eredményeket összevetve következtettem a kezelés során elért változásokra, melyek hatással vannak az anyag felületi tulajdonságaira. A munka a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg a TÁMP A-11/1/KNV projekt keretében 73

74 FTKÉMIAI REAKTRÉPÍTÉSE HALGÉNEZETT SZERVES VEGYÜLETEK FTKÉMIAI KLÓRMENTESÍTÉSÉRE Navradi Nóra, Tóth Tamás, Dr. Ősz Katalin Debreceni Egyetem, Fizikai Kémiai Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Ma az egyik legfontosabb feladataink közé tartozik a környezetvédelem, a káros anyagok ártalmatlanítása. A környezetet veszélyeztető szennyezők lebontását biológiai, illetve kémiai módszerekkel is el lehet végezni. Az eltávolítás legfontosabb kémiai módjai az oxidáció és a redukció. [1] A halogéntartalmú vegyületek nagymértékben vannak jelen környezetünkben szennyezőként, ráadásul az egészségre károsak. Ezek az anyagok nem bomlanak le a természetben, ezért számos kutatócsoport dolgozik olyan kémiai módszerek kidolgozásán, amelyekben megbízhatóan át tudják ezeket alakítani a környezetre kevésbé veszélyes anyagokká. [2] A Fizikai Kémiai Tanszéken működő Fotokémiai Kutatócsoportban olyan reakciókat vizsgálunk, melyek során a reakcióhoz szükséges energiát a fény biztosítja, és fotokatalizátorok alkalmazása mellett ez az energia az általunk kívánt reakció aktiválási gátjának az átlépésére szolgál. Ha ez a folyamat valóban beindul, akkor a halogéntartalmú vegyületekből általában halogenidek keletkeznek. Mi klórtartalmú vegyületekkel (klórfenolok, klórozott p-benzokinonok) foglalkozunk, ezért számunkra a kloridion koncentrációjának a mérése fontos. Erre a feladatra a kloridion-szelektív elektród ideálisan alkalmazható.figyelembe kell venni azonban, hogy az elektród fényérzékeny, amely laborfény esetén elhanyagolható, intenzív UV-megvilágítás hatására azonban jelentős befolyással bír, mérés során pontatlanságot eredményez. [3] 1. ábra: A fotokémiai reaktor vázlatos rajza, illetve a kísérleti elrendezés Ezt a problémát oldottuk meg egy olyan reaktoredény készítésével (1. ábra), amely elválasztja az elektróddal érintkező és az UV-fénnyel megvilágított oldat térrészeit, ugyanakkor kevertetéssel elérhető a teljes oldatrész homogenitása. 74

75 365 nm-es hullámhosszon emittáló lámpával dolgoztunk. Azt figyeltük meg, hogy a reaktoredény megfelelően elszigeteli az UV-fényt az elektródtól, azaz az így mért potenciáljel már valóban csak a kloridion koncentrációjától függ, nem a fény intenzitásától.az általunk készített edény tehát alkalmas a további mérésekre, és a ragasztásból és magából a műanyagból sem oldódnak ki anyagok, amelyek a mérést zavarnák. Aktinometrás méréssel meghatároztuk a reaktoredénybe jutó fénynek a fotonfluxusát. Kálium-ferroxialát fotokémiai bomlását tanulmányoztuk 365 nm-es fény hatására. ldatfázisban a vas(iii)-oxalát komplex fény hatására +2-es oxidációs állapotú vas(ii)-re és szén-dioxidra bomlik. Az átalakult Fe(II) dipiridillel intenzív vörös színű komplexet képez, amelynek mennyiségét spektrofotométerrel könnyen meghatározhatjuk. [4] További mérést végeztünk arra, hogy mennyire különbözik a keveredési idő a reaktoredényben, illetve egy főzőpohárban, azaz a reaktoredény középső fala mennyire akadályozza az oldat keveredését. Ehhez 50 cm 3 1, mol/dm 3 koncentrációjú KCloldathoz adagoltam 1,0 mol/dm 3 koncentrációjú, 100 µl KCl-oldatot. A potenciáljel időfüggését egy exponenciális görbével tudtam illeszteni. Azt tapasztaltam, hogy a főzőpohárban lényegesen jobban keveredik az oldat, a keveredés sebességi együtthatója 0,90 s -1 lett, a reaktoredényünk esetén 0,16 s -1. Ebből számolva a felezési idő a főzőpohárnál 1,0 s, a reaktoredénynél 4,3 s lett. Ez azt jelenti, hogy ennél lassabb reakciókat kényelmesen lehet követni az általunk tervezett és épített fotokémiai cellában, detektorként kloridion-szelektív elektródot használva. 2. ábra TCP bomlásának vizsgálata UV-lámpával 2,4,6-Triklórfenol 1,00 mmol/dm 3 koncentrációjú vizes oldatát világítottuk meg 365nm-es UV-lámpával (2. ábra), először katalizátor nélkül, majd [Ru(bipy) 3] 2+ [5], illetve akril-flavin [6] fotokatalizátorokat használva, mindkettőhöz nátrium-formiátot adtunk hidrogénforrásként. Azonban a TCP fél órás megvilágítás hatására sem bomlott. A különböző kezdeti kloridion koncetráció értékek a [Ru(bipy) 3]Cl 2fotokatalizátorokban ellenionként található kloridion miatt vannak. 75

76 1,00 mmol/dm 3 2,6-diklór-benzokinont szintén megvilágítottuk UV-lámpával (3. ábra). Ekkor azt tapasztaltuk, hogy [Ru(bpy) 3] 2+ fotokatalizátor nélkül nem, viszont a katalizátort használva a kloridion elkezdett fejlődni, azaz a dehalogénezési reakció végbement. 3. ábra: A 2,6-diklór-benzokinon bomlásának vizsgálata UV-lámpával A munka a TÁMP A-11/1/KNV számú ENVIKUT projekt keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. [1] J.M.R. Narayanam, J.W. Tucker, and C.R.J. Stephenson, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, [2] A. Galadi, H. Bitar, M. Chanon, M. JulliardChemosphere1995, 30, [3] Dobronyi Szabina: Klórfenolok reduktív dehalogénezése [Ru(bpy) 3] 2+ általi fotokatalízissel, Szakdolgozat, [4] Lehóczki Tímea: A kémiai aktinometria alkalmazása diódasoros spektrofotométer, mint fotoreaktor kalibrálására, Szakdolgozat, [5] M. Ishikawa, S. Fukuzumi, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, [6] R. Toth, A.F.Taylor, Progress in Reaction Kinetics and Mechanism. 2006,31,

77 KATALÍZIS 77

78 DINITR-TLUL HIDRGÉNEZÉSÉNEK TANULMÁNYZÁSA Boros Renáta Zsanett BorsodChem ZRt. Technológiai Támogatás, 3700 Kazincbarcika Bolyai tér 1.t Napjaink egyik leghatékonyabb redukciós folyamata a hidrogénezés. Ipari körülmények között ez a folyamat számos érdekes kérdést vet föl. Az ipari termelés során felmerülő problémákra kerestem a választ, elősegítve ezzel a termelés hatékonyabb működését. Célul tűztem ki a 2,4-dinitro-toluol hidrogénezésének vizsgálatát különböző kísérleti paraméterek között, különböző katalizátorok hatékonyságának vizsgálatát, a lejátszódó hidrogénezési reakciók mechanizmusának megfejtését, az alkalmazott oldószerek befolyásoló hatásának megismerését, az előhidrogénezés szerepének tanulmányozását. Mindehhez megfelelő hidrogénezési berendezés kifejlesztését, a hidrogénezés hatékonyságának vizsgálatára irányuló mintavételezési módszer kidolgozását. Továbbá célom volt az is, hogy a katalízis hőmérséklet- és mennyiségfüggéséről felhasználható eredményeket szolgáltassak, valamint a már használt (fáradt) katalizátorok aktivitását megvizsgáljam. A kísérleti eredményekből az alábbi következtetéseket vontam le: Az oldószerek közül az ecetsav hatékonyabb, mint az izopropanol, mivel a képződött amin termékkel erősebb kölcsönhatást tud kialakítani. A katalizátor mennyiségének növelésével egy bizonyos ideig nő a reakciósebesség, viszont egy idő után csupán kismértékű növekedés tapasztalható. Sztérikus gátlás lép fel az oldatfázisú heterogén katalitikus reakcióban. Számolnunk kell azzal, hogy a reakciók diffúziókontrolláltá válhatnak, amely akár a technológia módosításának szükségszerűségét válthatja ki. A hőmérséklet és a reakciósebesség közötti összefüggés csupán egy szakaszig követi az Arrhenius-egyenletet. A katalizátoroknak hőmérséklet optimuma van, amelyben aktívak. A gázok folyadékokban való oldékonysága fordított arányban áll a hőmérséklet növelésével. A hidrogénezési reakcióban két köztitermék képződött: a 2,4-NAT és a 4,2- NAT. A reakció összetett. Az aktív szén hordozó hatékonyabb, mint a korom alapú, mivel nagyobb a fajlagos felülete. A használt katalizátornak még van aktivitása. Technológiai módosításokkal az eddig hulladékként kezelt katalizátorok még hidrogénezési reakciókba vihetők. Ni tartalmú katalizátorral labori körülmények között, légköri nyomáson is tudunk hidrogénezni. Eltérő mechanizmussal rendelkezik a hidrogénezési reakciója. 78

79 ÚJ, ENANTIMERTISZTA KÁMFR-SZULFNAMIDK, GLÜKÓZ-, ILLETVE KINUKLIDIN-TIKARBAMID- SZÁRMAZÉKK MINT PTENCIÁLIS RGANKATALIZÁTRK SZINTÉZISE Fődi Tamás 1, Kupai József 1, Szabó Luca 1, Maszler Péter 1, Bezzegh Dóra 1, Balogh György Tibor 2, Huszthy Péter 1 1 BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111, Budapest, Szent Gellért tér 4. A királis kis molekulájú hidrogénkötés donorokkal végzett enantioszelektív szintézis az aszimmetrikus katalízis egy határterületeként jött létre. A kis móltömegű, fémionmentes, különböző hidrogénkötésekkel rendelkező komplementer funkcionalitású és/vagy szerkezeti egységet tartalmazó szintetikus molekulák a szubsztrátok széles körében nagy enantioszelektivitással katalizálnak számos C C vagy C heteroatom kötés kialakításával járó reakciót. Munkánk során a kereskedelemből könnyen beszerezhető alapanyagokból kiindulva kámforszulfonamidokat [(S)-1, (S,S)-2], kinuklidin-tiokarbamidokat [(S)-3, (S,S)-4] és glükopiranozil-tiokarbamidot [(R,R,S,S,R)-5] állítottunk elő (1. ábra). A fenti potenciális organokatalizátorokat különböző aszimmetrikus szintézisekben (Michael-, illetve Mannichreakció) tervezzük alkalmazni. (1. ábra). 1. ábra A szerzők köszönik az TKA (nyilvántartási szám: PD , K-81127) anyagi támogatását. 79

80 ANÓDLDALI ELEKTRKATALIZÁTR FEJLESZTÉSE HIDRGÉN-ÜZEMŰ PEM TÜZELŐANYAG-CELLÁKHZ Gubán Dorottya, Borbáth Irina, Pászti Zoltán, Sajó István, Drotár Eszter, Tompos András MTA Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet, 1117 Budapest, Magyar Tudósok körútja 2. Bevezetés. A tüzelőanyag-cellák tiszta és hatékony energiaforrások, amelyek hidrogénben gazdag üzemanyagot alakítanak át elektromos energiává gyakorlatilag károsanyag-kibocsátás nélkül. Széleskörű elterjedésüknek egyik legalapvetőbb feltétele az, hogy alacsony árú, hosszú távú működésre alkalmas cellák kerüljenek forgalomba. A tüzelőanyag-cellák árának jelentős részét a bennük található katalizátorok teszik ki, amelyek általában nagy mennyiségű platinát tartalmaznak. A platina katalizátor alkalmazása stabilitási problémákat is felvet, hiszen a hidrogén üzemanyagot gyakran reformálással állítják elő, ezért tartalmazhat kis mennyiségű szénmonoxidot, amely lemérgezi a katalizátort. A direkt alkohol tüzelőanyag-cellák esetében pedig az elektrooxidációs folyamat egyik közti terméke a C. Ezért a jelenlegi tüzelőanyag-cella katalizátor kutatások középpontjában a stabil, csökkentett platina tartalmú, szénmonoxidtoleráns anód elektrokatalizátorok fejlesztése áll. Új típusú anód elektrokatalizátorok tervezésekor három fő irányban indulhatunk el: (i) az aktív nemesfém (Pt) módosítása ötvözőkkel, (ii) az aktív szén hordozó módosítása vagy kiváltása elektromosan vezető és nagy fajlagos felületű anyagokkal, valamint (iii) nemesfémmentes katalizátorok fejlesztése. Ebben a munkában a (ii) módszert követve újszerű, Ti (1-x)W x 2-aktív szén kompozit hordozó módosított többlépcsős szol-gél eljárással történő előállítását mutatjuk be. A hordozóanyag kiválasztásánál és tervezésénél fő szempontjaink voltak a nagy fajlagos felület és jó elektromos vezetőképesség elérése, korrózióállóság biztosítása még a polimer elektrolit membrános (PEM) tüzelőanyag cellák savas üzemi körülményei között is, valamint alkalmas kötőhelyek kialakítása a nagy diszperzitású aktív fémrészecskék rögzítéséhez. A Ti 2 stabilitása és korrózióállósága már régóta ismert, ezért népszerű katalizátorhordozó, viszont mivel széles tiltott sávú félvezető, ezért önmagában nem alkalmas elektrokatalizátor hordozónak. Azonban volfrámmal történő izovalens adalékolással növelhető a vezetőképessége. Az irodalomban számos példát olvashatunk W-oxidok módosítóként való alkalmazására anód elektrokatalizátorokban; mivel jelenlétükben a C negatívabb potenciálon oxidálható, mint tiszta Pt esetében, ezért növelik a katalizátor C toleranciáját. [1] Továbbá az ún. hidrogén spill-over hatásnak köszönhetően a hidrogén oxidációs reakció hatásfokát is képesek növelni. [2] Alkalmazásukat korlátozza, hogy a W-oxidok savas közegben nem stabilak, viszont Ti 2 rácsba beépítve őket megakadályozhatjuk a kioldódásukat. Wang és munkatársai [3] alkalmaztak először Ti 0,7W 0,3 2 katalizátor hordozót. A platina felvitele után 20 tömeg% aktív szénnel keverték a mintát, hogy biztosítsák a szükséges vezetőképességet. Méréseik során megnövekedett C toleranciát tapasztaltak, a hidrogén oxidációs reakcióban mutatott aktivitás viszont csökkent a hagyományos Pt/C-hez képest. Ezért jelenlegi munkánk során a hordozó megfelelő elektromos vezetőképességét úgy biztosítjuk, hogy kompozit szerkezetű szén vegyes oxid hordozót állítunk elő, amelyben a szén tömegszázaléka 50%. A szintézist nehézzé teszi, hogy korábbi kísérleteink 80

81 szerint az aktív szén jelenléte szegregálódott titán- és volfrám-oxid fázisok képződésének, illetve a volfrám beépülése szempontjából előnytelen anatáz stabilizálódásának kedvez, így új előállítási módszer kidolgozása szükséges. Kísérleti rész. A szobahőmérsékletű szintézis során vízbe csepegtetjük a titánprekurzort (titán-izopropoxid), a ph-t HN 3-val beállítjuk, és a szén hozzáadása után öregítjük a szuszpenziót. Az öregítés után hozzáadjuk az oldathoz a (NH 4) 6H 2W ot, majd 80 C-on bepároljuk a szuszpenziót, és egy éjszakán át szárítószekényben szárítjuk. Ezután a mintákat héliumáramban hőkezeljük 750 C-on 8 óráig, majd 650 C-on 10 percig redukáljuk kis mennyiségű (5 térfogat%) vízgőzt tartalmazó hidrogénben. A 40 tömeg% platina felvitele NaBH 4-del segített etilénglikolos redukciós módszerrel történt. [4] A kompozit anyag részletes előállítási eljárását korábban mutattuk be. [5] Jelen munkánkban a vegyes oxid elméleti összetétele Ti 0,7W 0,3 2, a Ti 0,7W 0,3 2/C tömegarány pedig 1:1. A szerkezeti és összetétellel kapcsolatos tulajdonságokat XRD, TEM, SEM, EDS, XRF és XPS mérésekkel igazoltuk. Az új típusú katalizátor katalitikus tulajdonságait hidrogén elektrooxidációjában és a C toleranciát ciklikus voltammetriás mérésekkel vizsgáltuk. Eredmények és értékelésük. Kísérleteink szerint a Ti-szol szobahőmérsékletű öregítésének időtartama kritikus paraméter a kialakult nanorészecskék kristályszerkezete szempontjából. A 12 óra és 4 nap között változtatott időtartamú öregítésnek a Ti 0,7W 0,3 2-C kompozit szerkezetére gyakorolt hatását XRD mérésekkel (1. ábra) tártuk fel. Hosszabb öregítés esetén a rutil/anatáz arány (R/A) jelentősen növekedett a magas hőmérsékletű héliumos kezelés előtt (1.A ábra), illetve a He-ban történő hőkezelés majd H 2-es redukció után is (1.B ábra). 1. ábra A Ti-szol szobahőmérsékletű öregítési időtartamának hatása a Ti0,7W0,32-C kompozitok szerkezetére. XRD mérések a hőkezelés előtt (A) és a hőkezelés és redukció után (B). rutil, anatáz, W3, W2. Fázis, % Öregítés időtartama, nap A Fázis, % Öregítés időtartama, nap B Legalább 2 napig tartó öregítés szükséges ahhoz, hogy ne tartalmazzon a minta anatáz szerkezetű Ti 2-ot. A négy napig öregített minta esetében (1.B ábra) majdnem tiszta rutil fázist értünk el a redukció után (R/A/W 2= 92/0/8), amiben fontos szerepet játszott a nem beépült W 2 krisztallitok relatív mennyiségének csökkenése az öregítés alatt (38%-ról 8 %-ra). Amennyiben az öregítési idő rövidebb volt (0,5-1 nap), nyomnyi mennyiségű (~2%) nem redukált W 3 is kimutatható volt a mintában. Hőkezelés előtt az XRD eredményekből meghatározott szemcseméret az öregítési idő növelésével 13 és 22 nm között változott, viszont hőkezelés után a részecskék mérete csak kis mértékben növekedett (25 nm). Az eredmények egyértelműen azt mutatják, hogy a megfelelő szerkezet eléréséhez 81

82 elengedhetetlen a rutil fázisú Ti 2 jelenléte már a hőkezelési lépés és a volfrám magas hőmérsékleten történő, hidrogénes redukciója előtt. 2. ábra XRD felvételek a Ti0,7W0,32-C kompozitokról héliumos hőkezelés előtt (kék), hőkezelés után (vörös) és redukció után (zöld). rutil, W3, W2. Az 2. ábrán látható XRD felvételek a magas hőmérsékletű héliumos kezelés előtt és után, valamint a hidrogénben történő redukció után készültek. A szobahőmérsékletű reakció tisztán rutil fázist eredményezett. A magas hőmérsékletű héliumos kezelés hatására a rutil fázis mellett kis mennyiségű volfrám is található a mintában W 2 és W 3 fázisban (R/A/W 3/W 2= 93/0/5/2, W szubszt= 25 %). A rácsparaméterek változása (a= 4,660 Å, c= 2,925 Å, az adalékolatlan rutil Ti 2 szerkezetre jellemző a= 4,593 Å, c= 2,959 Å helyett) a volfrám beépülés megindulását jelzi. A H 2-ben történő redukció után majdnem tiszta rutil fázist értünk el (R/A/W 2= 92/0/8) magas kristályossági fokkal ( %), és ebben az esetben tapasztaltuk a legmagasabb W beépülési fokot (W szubszt= 30 %) a rutilrácsba. Redukció után a W beépülésének hatására a rácsállandók tovább változnak (a= 4,670 Å, c= 2,920 Å), miközben a kristályos W 3 eltűnik a mintából. 1. táblázat 50Ti0,7W0,32-50C kompoziton (1. minta) és Pt/50Ti0,7W0,32-50C elektrokatalizátoron (1-Pt. minta) végzett vizsgálatok eredménye. Minta Ti/W (at/at) Ti(1-x)W x2/c (t%/t%) Pt (t%) EDS XRF XPS EDS XPS EDS XRF 1 69,3/30,7 69,1/30,9 49,0/51,0 53,2/46,8 48,3/51, Pt 72,3/27,7 73,0/27,0 71,4/28,6 51,0/49,0 41,5/58,5 38,6 41,8 A minták elemösszetételét SEM-EDX módszerrel nagymértékben homogénnek találtuk (3. ábra). A 50Ti 0,7W 0,3 2-50C kompoziton és a Pt/50Ti 0,7W 0,3 2-50C elektrokatalizátoron végzett EDS, XRF és XPS mérések eredményét az 1. táblázat foglalja össze. A kapott Ti/W atomarányok valamint a mért Ti 0,7W 0,3 2/C= 50:50 tömegarány jó egyezést mutatnak a várakozásokkal. A mérési eredményekből arra következtethetünk, hogy a Ti/W arány a Ti (1-x)W x 2 vegyes oxidban jól kontrollálható a Ti és W prekurzorok kiindulási mennyiségének változtatásával. Jelentős eltérést a várt Ti/W arányban csak az 1. minta XPS eredményei esetében tapasztaltunk. A W arányának növekedése (30-ról 51%-ra) arra utal, hogy a levegő hatására történő felületi oxidáció a volfrám részleges szegregációjához vezet. A mérések igazolták a Pt nanorészecskék egyenletes eloszlását, a Pt mennyisége összhangban van a tervezett 40 tömeg%-kal. 82

83 3. ábra 50Ti0,7W0,32-50C kompozitról (A) és Pt/50Ti0,7W0,32-50C elektrokatalizátorról (B) készült SEM felvételek és elemeloszlás. A Spektrum 1 Spektrum 2 Spektrum 3 Spektrum 4 Spektrum 5 B Spektrum 1 Spektrum 2 Spektrum 3 Spektrum 4 Spektrum 5 4. ábra 50Ti0,7W0,32-50C kompozitról (A) és 40 t% Pt/50Ti0,7W0,32-50C elektrokatalizátorról (B) készült TEM felvételek. A B A 4.A ábrán látható TEM felvételeken látszik, hogy az elsődleges Ti 0,7W 0,3 2 szemcsék pálcaszerű, 17,9 ± 6,0 nm-es agglomerátumok formájában találhatóak meg a mintában. A gömb alakú platina részecskék nagy diszperzitást és egyenletes szemcseméret eloszlást mutatnak, az átlagos szemcseméret 2,3 ± 0,8 nm (4.B ábra). A volfrám oxidációs állapotának változását XPS mérésekkel követtük. Annak ellenére, hogy a mintát levegőn tároltuk, nagy mennyiségű W 4+ mutatható ki (41%, 4f 7/2 csúcs 33,4 ev-nál). A spektrum Fermi szint közelében felvett szakasza azt mutatta, hogy a volfrámmal adalékolt Ti 2 a levegőn bekövetkező felületi oxidáció ellenére a fémes vezetési tulajdonságait megőrzi. Az elektrokatalitikus aktivitást hidrogén oxidációjában, illetve a C oxidációs reakcióban ciklikus voltammetriás mérésekkel vizsgáltuk (5. ábra). A 40 tömeg% Pt/Ti 0,7W 0,3 2 katalizátor 20 tömeg% aktív szénnel keverve használtunk. A Ti 0,7W 0,3 2 vegyes oxid jelenléte a C oxidációs csúcs maximumát negatívabb potenciálok felé, 720 mv-ról 650 mv-ra (vs. RHE) tolta el. 83

84 j (ma/cm 2 ) j (ma/cm 2 ) 5. ábra Hidrogén (A) és szénmonoxid (B) elektrooxidációja 40 t% Pt/C (kék), 40 t% Pt/Ti0,7W0,32- (piros) és 40 t% Pt/50Ti0,7W0,32-50C (fekete) katalizátorokon A E vs. RHE (V) B E vs. RHE (V) -0.6 Az 5. ábrán és a 2. táblázatban bemutatott mérési eredmények azt mutatták, hogy a vegyes oxidon lévő nagy diszperzitású platina részecskék aktivitása jelentősen növekedett a hagyományos Pt/C-hez képest, amelyen a Pt szemcseméret 4,5 ± 1,8 nm. 2. táblázat Hidrogén és szénmonoxid elektrooxidációja. Minta H 2 deszorpciós csúcs integrál (mc) C stripping integrál (mc) ECSA (m 2 /g Pt) Pt/C 0,51 0,19 12,6 Pt/Ti 0,7W 0,3 2 0,50 0,21 14,0 Pt/50Ti 0,7W 0,3 2-50C 1,13 0,54 36,2 Összefoglalás. A szintézis paramétereinek megfelelő hangolásával kialakítható a rutil rácsba történő nagyfokú volfrám beépüléssel jellemzett vegyes oxid szén kompozit szerkezet, amelynek előfeltétele, hogy a rutil fázisú Ti 2 már szobahőmérsékleten kialakuljon. Az ily módon elkészült katalizátor jelentős aktivitásnövekedést mutatott a módosítatlan szénhordozós platina katalizátorhoz képest mind hidrogén, mind C elektrooxidációs reakcióban. A szerzők köszönetüket fejezik ki az anyagi támogatásért a Nemzeti Fejlesztési Ügynökségnek ( : KTIA_AIK_ ), valamint Dr. Joó Katalinnak az XRF mérésekért. [1] L.G.S. Pereira, F.R. dos Santos, M.E. Pereira, V.A. Paganin, E.A. Ticianelli; Electrochimica Acta, 2006 (51) [2] A.C.C. Tseung, K.Y. Chen; Catalysis Today 1997 (38) [3] D. Wang, C.V. Subban, H. Wang, E. Rus, F.J. DiSalvo, H.D. Abruña; Journal of the American Chemical Society, 2010 (132) [4] P. Kim, J.B. Joo, W. Kim, J. Kim, I.K. Song, J. Yi; Journal of Power Sources, 2006 (160) [5] D. Gubán, I. Borbáth, A. Tompos, Z. Pászti, I. Sajó, E. Drotár; in: Proc. 11 th European Congress on Catalysis, Lyon, France, 1-6 September 2013, abstract_

85 SZÉN-DIXID REDUKCIÓJA HETERGÉN FTKATALÍZISSEL: Ti2 HRDZÓS KATALIZÁTRK VIZSGÁLATA László Balázs, Ábrahámné Baán Kornélia, Erdőhelyi András Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi tanszék, 6720 Szeged, Aradi Vértanúk tere 1. Napjainkban egyre több kutatás foglalkozik a mesterséges fotoszintézissel. A heterogén fotokatalitikus megvalósítás során szilárd fázisú fotokatalizátorokon tanulmányozzák a C 2-H 2 vagy C 2-H 2 reakciót. Az ultraibolya besugárzás hatására képződő termékek döntően C 1 vegyületek (CH 4, C, CH 3H ). Jelenleg a katalizátorok stabilitásának és hatékonyságának javítása mellett a reakciómechanizmusok tisztázása is megoldandó feladat. [1,2] Ti 2, Co x/ti 2 és Rh/Ti 2 katalizátorokon vizsgáltuk a C 2-H 2 reakciót. Az UV besugárzás hatására képződő gáz fázisú termékeket tömegspektrométerrel (QMS), a katalizátor felületén levő adszorbeált fázis összetételét pedig diffúz reflexiós infravörös spektroszkópiával jellemeztük. A termékösszetételt és a képződési sebességeket egy kvarcreaktorban mértük, míg az infravörös spektroszkópiás vizsgálatok egy ettől független mérőcellában történtek (1. ábra). 1. ábra: A kísérleti elrendezések sematikus ábrái A kísérletek során metán képződését tapasztaltuk. A katalizátorok a besugárzás kezdetén aktívak, azonban fokozatosan veszítenek aktivitásukból. Elsődleges feladatunk az aktivitáscsökkenés okának felderítése, melyet infravörös spektroszkópia és hőmérséklet programozott reakció segítségével végzünk. A kutatás a TÁMP A/ Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. [1] Y. Izumi; Coordination Chemistry Reviews, 2013 (257) [2] K. Li, X. An, K. H. Park, M. Khraisheh, J. Tang; Catalysis Today, 2014 (224)

86 ALDEHIDEK ASZIMMETRIKUS α-aminálása HRDZÓS PEPTID RGANKATALIZÁTRKKAL ÁRAMLÁSS REAKTRBAN Szloszár Aliz Szegedi Tudományegyetem, Gyógyszerkémiai Intézet, 6720 Szeged, Eötvös utca 6. A modern szerves kémiában mindinkább teret hódító áramlásos kémia számos előnnyel bír a hagyományos szakaszos eljárásokhoz képest, úgymint a reagensek gyors és hatékony keveredése, hatékony hőátadás, lerövidült reakcióidők és a reakcióparaméterek könnyebb kontrollálhatósága. [1] Az elmúlt években számtalan C-C, C-N kötések kialakításával járó reakciót hajtottak végre organokatalízisen keresztül a prolin alkalmazásával. [2] Később a prolin átalakításával aktívabb és szelektívebb organokatalizátorokat állítottak elő. [3] Belátható azonban, hogy a funkciós csoportok limitált száma miatt a kisméretű, prolin-szerű katalizátorok továbbfejlesztése véges. Ezzel szemben a peptidek moduláris sajátságaik révén lehetővé teszik a katalizátorok finomhangolását, azaz az építőelemeik tudatos variálásával még kedvezőbb sajátságú organokatalizátorokat alkothatunk, melyek nemcsak imitálják, de bizonyos esetekben messze felülmúlják a prolin katalitikus aktivitását és sztereoszelektivitását. [4] 1. ábra A folyamatos áramú berendezés vázlata Munkánk során kifejlesztettünk egy hatékony folyamatos áramú organokatalitikus szintézis módszert aldehidek szelektív aszimmetrikus α-aminálásához. Az áramlásos reakciókat szilárd hordozós peptidkatalizátorok alkalmazásával hajtottuk végre. Az immobilizált katalizátorok rozsdamentes acél oszlopokba (katalizátor ágy) töltve közvetlenül a peptidszintézis után felhasználhatók (1. ábra). A katalizátor szekvencia, a katalizátorhordozó és a legfontosabb reakciókörülmények (koncentráció, nyomás, áramlási sebesség) körültekintő finomhangolása után gyógyszerkémiailag jelentős intermedierekként, királis α-hidrazino-aldehideket magas hozam és szelektivitás értékek elérése mellett állítottunk elő. Miután sikerült egy megbízható, könnyen méretnövelhető áramlásos technológiát kidolgozni, az eljárást további aldehidekre is kiterjesztettük. [1] V. Hessel, D. Kralisch, N. Kockmann, T. Noë, Q. Wang; ChemSusChem, 2013 (6) [2] P. I. Dalko, L. Moisan; Angewandte Chemie International Edition, 2004 (43) [3] S. Bertelsen, K. A. Jorgensen; Chemical Society Reviews, 2009 (38) [4] H. Wennemers; Chemical Communications, 2011 (47)

87 ÚJ TÍPUSÚ Pt-GaN/Zn FTKATALIZÁTRK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA Vass Ádám 1, Tálas Emília 1, Pászti Zoltán 1, Szijjártó Gábor 1, Veres Miklós 2, Tompos András 1 1 MTA Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet, 1117 Budapest, Magyar Tudósok körútja 2. 2 MTA, Wigner Fizikai Kutatóközpont, Szilárdtest-fizikai és ptikai Intézet, 1121 Budapest, Konkoly-Thege Miklós út A megújuló energiaforrások minél szélesebb körű alkalmazása megoldást nyújthat az egyre növekvő energiaigények kielégítésére. Ezen energiaforrások hozzáférhetősége azonban térben és időben igen eltérő lehet, és nem minden esetben van összhangban az aktuális energiaszükségletekkel. Emiatt fontos a megtermelt energia tárolása például kémiai energia formájában. A fotokatalitikus hidrogéntermelés egy lehetséges alternatívaként szolgálhat az elsődleges megújuló energiaforrás, a Nap energiájának kémiai energia formájában történő tárolására. A hidrogén előnyös tulajdonsága, hogy nagy energiakapacitással rendelkezik, környezetbarát, (égésterméke a víz), és nagy hatásfokkal alakítható elektromos energiává tüzelőanyag-cellák segítségével. A Föld felszínét elérő napsugárzás nagy része azonban a látható hullámhossztartományba esik, ezért új, e tartományt is hasznosítani tudó anyagok létrehozása szükséges. Korábbiakban a Ga 2 3 és Zn mechanikus keverékének magas hőmérsékletű, hosszú idejű ammóniás kezelésével létrehozott GaN-Zn szilárdoldatokkal már sikeresen nyertek hidrogént a víz látható fénnyel történő bontásával. [1] Mind a cink-oxid, mind a gallium-nitrid széles tiltott sávú félvezetők, (Zn: 3,3 ev; GaN: 3,4eV), az általuk alkotott szilárdoldat tiltott sávszélessége viszont mindössze 2,6-2,8 ev a cinktartalomtól függően. [2] A cinknek a szintézis körülményei között mutatott illékonysága miatt azonban nem csak a kapott anyag nitridáltsági foka és morfológiája, hanem cinktartalma is nagyban függött az ammóniás kezelés hőmérsékletétől és időtartamától. Más források szerint a Ga(H) 3 valamint a Ga 2 3 nitridálásával nyert oxinitrid is alkalmas a látható fény hasznosítására. [3] Céljaink közt szerepelt új előállítási mód kidolgozása a GaN-Zn szilárdoldatra. Feltételezésünk szerint a kiindulási anyagok nagyfokú, molekuláris szintű homogenitása kedvezően befolyásolja a szilárdoldat kialakulását viszonylag enyhébb előállítási körülmények között is. Ennek érdekében együttlecsapásos technikát, valamint kelátképző ágenst használtunk a nitridálni kívánt keverék előállítására. További célunk volt platina kokatalizátor felvitelével Pt-GaN/Zn fotokatalizátor rendszer létrehozása, mivel már régóta ismert, hogy a felületi nemesfém nanorészecskék növelik a fotokatalizátor hatékonyságát azáltal, hogy sikeresen megakadályozzák a besugárzás hatására kialakult elektron - lyuk pár rekombinációját. Ezért vizsgálni kívántuk azt is, hogy a ko-katalizátor felviteli módja hogyan befolyásolja a katalitikus aktivitást. Modell reakcióként a metanol fotokatalitikus reformálását választottuk (1). (1) 87

88 A félvezető anyagok előállítására a következő három módszert alkalmaztuk. (I.): az irodalomban már korábban leírt módszer reprodukálása, a Ga 2 3 és Zn megfelelő arányú mechanikai keverékének nitridálása viszonylag magas hőmérsékletű és hosszú idejű ammóniás kezeléssel. (II.): együtt-lecsapásos módszer, amely során a két fém nitrát-sóját oldottuk karbamid vizes oldatában, majd ezt az oldatot mikrohullámú reaktorba helyezve felmelegítettük. A karbamid a hőmérséklet emelkedés hatására elbomlott, ammónia fejlődött, amely a ph-t megemelve a fém-sók fém-hidroxid formájában történő kicsapódását eredményezte. Ezt követte a csapadék eltávolítása a folyadékból, szárítás, majd szintén a magas hőmérsékletű kezelés. A harmadik módszer (III.) során a kész minta minél homogénebb összetétele érdekében komplex-képző anyagot, etilén-diamintetraecetsavat (EDTA) is használtunk, prekurzorként a fémek kloridjait alkalmaztuk. Külön-külön elkészítettük a fémek komplexeit tartalmazó oldatokat, majd elegyítettük őket, ezt követően a közös oldatot bepároltuk, a kapott komplex keveréket nitridáltuk. A mintakészítés körülményeit és a félvezető minták jelölését az 1. táblázat foglalja össze. 1. táblázat A mintakészítés körülményei és a félvezető minták jelölése. No A nitridálás kiindulási anyagai Nitridálás Prekurzorok Zn/Ga Mintakészítés módja T, C t, h I/1 Ga Zn 1,15 Mechanikai keverék I/2 Ga Zn 0,316 Mechanikai keverék I/3 Ga Zn 0,111 Mechanikai keverék II Ga(N 3) 3 + Zn(N 3) 2 0,316 Együttlecsapás III GaCl 3 + ZnCl 2 0,111 EDTA alkalmazása A nitridálást követően kokatalizátorként 1 % Pt-t vittünk fel a félvezető felületére szintén három különböző úton. A: in situ redukálás során a félvezető és H 2PtCl 6x6H 2 alkoholos oldatából készült szuszpenzióhoz etilénglikol-nabh 4- redukáló elegyet csepegtettünk, amely fémmé redukálta az oldott platinát, ami a félvezető felszínére kicsapódott. [4] B: a félvezetőt Pt(NH 3) 4(N 3) 2 vizes oldatával impregnáltuk majd szárítottuk, végül 400 C-on 1 órán át H 2 áramban redukáltuk. C: a félvezetőt Pt(NH 3) 4(N 3) 2 vizes oldatával impregnáltuk, majd szárítottuk, végül 300 o C-on 1-órán át kalcináltuk. Az elkészült mintákat a következő anyagvizsgálati módszerekkel jellemeztük: UVlátható diffúz reflexiós spektroszkópia, röntgen diffrakció (XRD), Raman spektroszkópia, (EDX) Röntgen fotoelektron spektroszkópia (XPS). A metanol fotokatalitikus reformálását a gáztér analizálására átalakított belső megvilágítású fotoreaktorban (UV-Consultig Peschl UV-Reactor System 1, TQ 150 Z2 (150 W) Hg lámpa) vizsgáltuk o C hőmérsékleten, 6 %-os metanol oldat (370 cm 3 ) és mg katalizátor felhasználásával 5 órán át, vagy állandó aktivitás eléréséig. A gázfejlődést gázkromatográfiásan követtük SUPELC Carboxen 1010 kolonna, hővezető képességi detektor és argon belső standard használatával. A különböző módon előállított minták UV-látható diffúz reflexiós spektrumai a 2. ábrán láthatók. A Ga 2 3 és Zn referencia minták esetében az abszorpciós él 400 nm alá esik, így ezek nem rendelkeznek elnyeléssel a látható fényben, fehér színűek. Az általunk készített minták fényelnyelése eltolódott a látható tartomány felé, színük sárga volt. Ez a GaN-Zn szilárdoldat létrejöttével, vagy az oxinitrid forma kialakulásával magyarázható. 88

89 1. ábra Az előállított minták UV-látható diffúz reflexiós spektrumai. A II. számú mintán mutatjuk be, hogy a B módszerrel történő ko-katalizátor kialakítás során maga a magas hőmérsékletű hidrogénes kezelés nem okozott változást az anyagok fényelnyelési tulajdonságában (II+H minta), de a Pt felvitele a minta színét sárgás szürkére változtatta, tovább növelve a fényelnyelést. A minták és a referencia anyagok (Ga 2 3, GaN, Zn) röntgen diffraktogramjait összehasonlítva megállapítható volt, hogy minden mintában a GaN-re jellemző kristályszerkezet (wurtzit) alakult ki, kristályos Ga 2 3 nem jelent meg. A csúcsok kiszélesedése amorf fázis jelenlétére utalt. A GaN és a Zn jellemző vonalai egymáshoz nagyon közel esnek, a szilárd oldat jele pedig ezek között helyezkedne el, ezért még további, pontosított XRD méréseket tervezünk a rácsparaméterek meghatározásával. Röntgen fotoelektron-spektroszkópia (XPS) segítségével meghatároztuk, milyen az alkotóelemek százalékos eloszlása a felületi rétegben (5-10 nm mélységig), az eredményeket a 2. táblázatban foglaltunk össze. 2. táblázat Az XPS mérések eredményei. No Koncentráció (atom %) Ga Zn N C I/1 50,9 1,4 21,4 25,2 1 I/2 43,1 0,5 38,9 11,1 6,3 I/3 45,6 0,2 38,1 13,2 3 II 37,6 4,7 37,1 13,7 7 GaN (Sigma-Aldrich) Legnagyobb nitrogén tartalmú az I/1 minta, ez a hosszabb kezelési idővel és magasabb nitridálási hőmérséklettel magyarázható. A gallium és nitrogén mellet az oxigén is nagy mennyiségben van jelen, azonban a magas oxigén tartalom nem korrelál a cink tartalommal, ez a felszíni GaN réteg részleges oxidáltságára utal. A megjelenő széntartalom a minták szennyeződésének tudható be. A minták felszíne cinkben igen szegény, ennek oka, hogy a cink egy része a szintézis körülményei között távozik a mintából, különösen a felületről. Az EDX mérések szerint a tömbi fázis is lényegesen kevesebb cinket tartalmazott, mint a bemért (3. táblázat). A legnagyobb cinktartalmat a II. (koprecipitációval előállított) mintánál értük el. 89

90 2. ábra Az előállított minták Raman spektroszkópiai viselkedése. Az általunk készített minták Raman spektrumai (2. ábra) nagymértékű hasonlóságot mutatnak egymáshoz a GaN-re jellemző sávokban (~560 és ~720 cm -1 ), azonban különböztek mind a saját referenciaként használt GaN-tól, mind az irodalmi referenciától. [5] További vizsgálatok szükségesek, hogy tisztázzuk, ez a GaN amorf jellegéből, vagy új, oxinitrid típusú anyag képződéséből adódik. Az I/1 és I/2 minták amorf Ga 2 3-t is tartalmaznak (*-gal jelöltük), ennek oka az lehet, hogy kiindulási anyagként használt fémoxid csak részlegesen nitridálódott az enyhébb kezelési körülmények miatt. Az EDTA segítségével előállított minta nem volt homogén, egy szénben szegényebb és egy szénben gazdag fázis különült el. A metanol fotokatalitikus reformálásának eredményeit a 3. táblázat foglalja össze. Az oxid és nitrát prekurzorok felhasználásával készült katalizátorok hasonló fotokatalitikus aktivitást mutattak, ha a nitridálási körülmények azonosak voltak. Az EDTA segítségével előállított minta nem eredményezett mérhető H 2 fejlődést. A H 2 fejlődés és a minták cink tartalma között nem volt megfigyelhető közvetlen összefüggés. Ebből arra a következtetésre jutottunk, hogy inkább az oxinitrid (GaN) nem pedig a GaN-Zn szilárd oldat forma a felelős a megnövekedett aktivitásért az adott reakciókörülmények között. Továbbá megállapítható, hogy a ko-katalizátorok kalcinálással történő kialakítása (C) volt a legelőnyösebb. Ennek egyik lehetséges oka egy Pt 0 -Pt n+ kettősfunkciójú ko-katalizátor létrejötte a hordozó felületén, amely analóg lehet a PdS/CdS irodalmi példájával. [6] 90

91 3. táblázat A fotokatalitikus mérések eredményei. H 2 fejlődés (ml/g*h)/pt (1%) bevitel módja No A: Kolloid-EG redukció (H 2PtCl 6) B: H 2 redukció (Pt(NH 3) 4(N 3) 2) C: Kalcinálás (Pt(NH 3) 4(N 3) 2) Zn/Ga EDX I/1 1,3 a 1,4 1,99 0,08 I/2 2,2 n.d. n.d. 0,06 I/3 1,2 11,6 17,1 b 0,02 II n.a. 7,4 c 14,9 b,c 0,19 III n.a. n.a ,05 GaN n.a. n.a. 2,2 - Zn n.a n.a. 1,7 - a idővel csökkent, b folyamatos emelkedés, 300 perc reakcióidőnél kapott értékek, c Pt=0,5%, n.a.= nincs adat Összefoglalásként elmondható, hogy sikeresen állítottunk elő különböző módszerekkel GaN alapú fotokatalizátorokat, amelyek a metanol fotokatalitikus bontásában az általunk használt reakciókörülmények között aktívnak mutatkoztak. A nitrát perkurzorokból együttlecsapásos technikával készült minták az oxid alapúakkal hasonló aktivitást mutattak. Az EDTA hozzáadásával készült minták előállítása nem bizonyult sikeresnek, feltehetőleg a nitridálás után az EDTA-ból visszamaradó nagy mennyiségű szénszennyezés miatt. A ko-katalizátor felviteli módok közül a fém sóval történő impregnálás és az azt követő kalcinálás volt a leghatékonyabb, az így kialakított platina kokatalizátor használatával nagyobb mértékű hidrogéntermelődés volt megfigyelhető, mint a másik két módszerrel készült anyag esetén. A szerzők köszönik az anyagi támogatást a Nemzeti Fejlesztési Ügynökségnek (KTIA_AIK_ ) és az rszágos Tudományos Kutatási Alapprogramoknak (TKA K77720, Tompos András). [1] K. Maeda et al; The journal of Physical Chemistry B, 2005 (109) [2] K. Maeda, K. Domen; Chemistry of Materials, 2010 (22) [3] C.C. Hu, H. Teng; The Journal of Physical Chemistry C, 2010 (114) [4] P. Kim et al; Journal of Power Sources, 2006 (160) [5] H. Wu, et al; Journal of Crystal Growth, 2005 (279) [6] F. Wen et al; Journal of Catalysis, 2009 (266)

92 92 KLLID- ÉS PLIMERKÉMIA

93 NÁTRIUM-DDECIL-BENZLSZULFNÁT FELÜLETAKTIVITÁSÁNAK VIZSGÁLATAI Boldizsár Tamás 1, Király Zoltán 1 1 Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék Napjainkra igen fontos szemponttá vált a fenntartható fejlődés, ami szükségessé teszi a kielégítő mennyiségű energiahordozó kihozatal biztosítása mellett a még működő olaj és földgáz telepek nyersanyagkészleteinek minél nagyobb hatásfokú kiaknázását. A legfontosabb, úgynevezett harmadlagos művelési eljárások közé sorolhatóak a polimeres, tenzides és polimeres-tenzides elárasztási műveletek is. Igen fontos, hogy a tenzid kritikus micellaképződési koncentrációja (cmc) alacsony legyen, hiszen a tenzid a cmc feletti koncentráció-tartományban képez kinetikailag stabil emulziót a kőolajjal, tehát innentől beszélhetünk többlet olaj kitermelésről. [1] Munkánk során egy Krüss K100MK2 automata tenziométerrel vizsgáltuk a nátriumdodecil-benzolszulfonát (NaDBS) tenzid micellaképződésének hőmérsékletfüggését, illetve annak termodinamikai paramétereit. [2-3] 1. ábra: NaDBS desztillált vizes oldatának potenciálfüggvényei [1] S. Thomas, il & Gas Science and Technology-Review IFP, 2008 (63) [2] A. B. Páhi, Z. Király, Á. Mastalir, J. Dudás, S. Puskás, Á. Vágó, Journal of Physical Chemistry B, [3] A. B. Páhi, Z. Királya, S. Puskás, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2009 (345)

94 TERMÉSZETES TÖLTŐANYAGK HATÁRFELÜLETI KÖLCSÖNHATÁSAINAK VIZSGÁLATA PLITEJSAV ALAPÚ PLIMER KMPZITKBAN Kárpáti Zoltán 1, Kun Dávid 1, Faludi Gábor 1, Dr. Móczó János 1,2, Dr. Pukánszky Béla 1,2 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék 2 Magyar Tudományos Akadémia, Kémiai Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet Manapság, műanyagokat az élet szinte minden területén alkalmazunk, széleskörű alkalmazhatósága miatt számos felhasználási terület igen népszerű alapanyaga. Sajnálatos azonban, hogy a jelenleg felhasznált műanyagok többségét kőolaj alapú polimerekből állítják elő. A fosszilis nyersanyagok kimerülőben vannak, miközben a műanyagok iránti kereslet egyre csak növekszik, ez pedig megkérdőjelezi az iparág hosszú távú fejlődésének fenntarthatóságát. [1] Sajnálatos módon a legyártott termékek nem 100%-ban újrahasznosíthatóak, ráadásul az esetleges újrahasznosítást megelőző szortírozás és tisztítás időigényes és költséges folyamat. Nem beszélve arról, hogy az újragyártott termékek, például orvosi eszközök vagy egyes szerkezeti elemek sokszor nem elégítik ki a velük szemben támasztott igényeket, a többszöri újrahasznosítás sok esetben korlátolt, vagy nem lehetséges. Ennek következtében, valamint a már korábban említett növekvő piaci igények okán a műanyaghulladék évről évre csak növekszik, a jelenség pedig komoly ökológiai problémákhoz vezethet. Ennek mértékét csökkenthetjük, ha valamilyen természetes közegben, mikroorganizmusok közreműködésével lebomló, azaz biodegradálható polimerből gyártjuk a termékünket. Egy másik út a társított rendszerek alkalmazása, így csökkenve a felhasznált polimer mennyiségét valamilyen természetes töltőanyag hozzáadásával. 1.ábra A műanyagiparban használatos természetes anyagok felhasználás szerinti megoszlása [1] 94

95 A Politejsav (PLA) az úgynevezett biopolimerek legfontosabb képviselője. Megújuló nyersanyagokból előállítható, merev, és kiváló aromazáró tulajdonságú, főleg a csomagolóiparban hódított teret magának. Hátránya azonban, hogy érzékeny a nedvességre és fizikai öregedésre hajlamos, ütésállósága kicsi, mindemellett az ára is meglehetősen magas. Ennek megfelelően sok kísérlet történt a PLA tulajdonságainak módosítására lágyítással, polimer keverékek készítésével, valamint töltő és erősítőanyagok alkalmazásával. [2] A kutatásaink során a biológiai lebonthatóság megőrzése érdekében mi is cellulóz alapú töltőanyagokkal társítottuk a PLA-t. [2-6] A párosítás indokolt, hiszen korábbi 2012-es felmérések szerint a műanyagiparban felhasznált természetes anyagok közül a PLA ezek 42,5%, míg a cellulóz (különböző formáiban) 8,5%-ot tesz ki, valamint további előny, hogy így teljesen lebomló és olcsóbb terméket kapunk. [1] A továbbiakban a felhasznált cellulóz alapú töltőanyagok közül két féle faliszt őrleményt, (efc1000 és cw630), egy kukoricacsutka őrleményt (GM200), valamint egy napraforgó maghéj őrleményt (SP20) hasonlítok össze, mátrixként a NatureWorks Ingeo D4032 típusú extrúziós polimerjét használtuk. Esetünkben a GM200 és az SP20 valamely gyártási folyamat során keletkező ipari hulladék, így alkalmazásukkal nem csak környezetbarát műanyag, hanem értéknövelt termék is kapható. A kompozitok készítése minden esetben az alapanyagok belső keverőben való homogenizálásával kezdődött 180 Con, 0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 V/V% töltőanyag tartalom mellett. Ezután ugyanezen a hőmérsékleten lapokat préseltünk, melyekből próbatesteket vágtunk ki. Ezeket pihentetés után akusztikus emissziós méréssel egybekötött egytengelyű húzó szakító vizsgálatnak vetettettük alá, majd a törési felületekről pásztázó elektron mikroszkópos (SEM) és polarizációs optikai mikroszkópos (PM) felvételek készültek, hogy jellemezzük mechanikai tulajdonságokat és a kompozitokban kialakuló szerkezetet. 2. ábra A cellulóz (bal) valamint a PLA (jobb) szerkezete A heterogén rendszerek, így a kompozitok tényezőit is négy főbb tényező befolyásolja: - a komponensek jellemzői - a kialakuló szerkezet - az összetétel - a határfelületi kölcsönhatások. Jelen összehasonlítás esetén a nagyon hasonló kémiai összetételű töltőanyagok miatt kiemelkedően fontos azok mérete és alaki tényezője, valamint a kialakuló kölcsönhatások erősségének vizsgálata. A töltőanyagokat döntő többségében felépítő cellulóz, valamint a PLA között létre jöhet másodrendű hidrogén hidas, valamint dipól-dipól kölcsönhatás is, ez erős adhéziót eredményez, ami kedvező hatással van a rendszer tulajdonságaira. A kölcsönhatások erősségének jellemzésére, egy a tanszéken már korábban kidolgozott modellegyenletet használtunk. [8] 95

96 y y0 1. egyenlet [8] 1 exp 1 2, 5 B Az egyenletben szereplő σ y és σ y0 a kompozit, illetve a mátrix nyakképződési feszültsége, illetve σ T és σ T0 a kompozit, illetve a mátrix valódi szakítószilárdsága, λ a relatív megnyúlás, n a mátrix nyúlási keményedését jellemző tag, φ a töltőanyag térfogat törtje, B pedig a komponensek relatív teherhordó-képességét jellemző paraméter, amelynek értéke jelentősen függ a határfelületi kölcsönhatásoktól. Ahogy azt már korábbi méréseknél is tapasztalták, a természetes szállal erősített polimer kompozitok merevsége, rugalmassági modulusa a töltőanyag tartalommal nő, míg a szakítószilárdság pedig csökken. [1-2,4-5,7] A modulust kis deformáció értékeknél, a szakítógörbe lineáris szakaszán mérjük, itt a kölcsönhatásoknak nincs nagy szerepe, a növekvő tendenciát a mátrix polimernél rendszerint jóval merevebb töltőanyag alkalmazása okozza. [5] A helyzet már jóval komplikáltabb szakítószilárdság esetében. Itt már jelentős szerepe van a kialakuló adhézió mértékének is. A cél minden esetben ennek növelése és a folyamatok felderítése, hogy később javítani tudjuk a kompozitok tulajdonságait. 3. ábra A szakítóvizsgálatok eredményei Modulus (GPa) SP20 gm200 efc1000 cw630 szakítózilárdság (MPa) SP20 gm200 efc1000 cw Töltőanyag tartalom (V/V%) Töltőanyag tartalom (V/V%) A szakítóvizsgálat során ébredő külső terhelés hatására a heterogenitások környezetében feszültségek lépnek fel, amelyek eloszlását döntően a feszültség koncentráció, a termikus feszültségek és a komponensek között kialakuló kölcsönhatások befolyásolják. Mindez együttesen befolyásolja az anyag makroszkopikus tulajdonságait, deformációs viselkedését és tönkremenetelét különböző mikromechanikai deformációs folyamatokon keresztül. Gyenge kölcsönhatások esetén szemcsék nem képesek átvenni a terhelést a mátrixtól, így azok felületei elválnak egymástól, míg erős adhézió esetén a szemcsék eltörhetnek. 96

97 4. ábra Napraforgómaghéjjal töltött PLA kompozit szakítási felületéről készült SEM (bal) és PM (jobb) felvételek Ezen folyamatok nyomon követését szolgálja az szakító vizsgálatokkal egybekötött akusztikus emissziós mérés. Ennek alapja, hogy az anyagban fellépő feszültségek hatására bekövetkező változások az anyag szerkezetére jellemző hangeffektusokkal járnak, amelyek a heterogén polimer rendszerek deformációja során az ultrahang tartományába esnek. Ezek egy a próbatestre erősített mikrofon segítségével könnyűszerrel detektálhatók. A hangjelenség időbeli lefutása szerint lehet a belső súrlódásokra jellemző folyamatosan lecsengő, vagy kitörés szerű. E két lehetőség közül az utóbbiak lesznek érdekesek, melyeket eseményeknek hívunk és repedés csúcsok, hibahelyek keletkezését jelzik, amik később a próbatest tönkremenetelét okozhatják. A szakítóvizsgálat során a deformáció függvényében detektált eseménysorozat mintázatából, valamint azok amplitúdó értékeiből következtethetünk a végbemenő mikromechanikai deformációs folyamatok jellegére. Meg kell azonban említeni, hogy a módszer önmagában alkalmazva nem bizonyíték értékű, így a sejtések beigazolására mindenképpen szükséges a szakítási felületekről SEM és PM felvételeket is készíteni. A szakítóvizsgálatok során a deformáció függvényében mért feszültség (szakítógörbe) és az adott deformációhoz tartozó összesített események számának (kumulált eseményszám görbe) közös vizsgálatával a tönkremenetelt okozó deformációs folyamat kezdetéhez tartozó feszültség, az iniciálási feszültség is leolvasható. 5. ábra A mért mennyiségek meghatározásának módszere a szakítóvizsgálatok eredményeiből, 20%-os napraforgómaghéj tartalmú PLA kompozitban 40 σt Feszültség (MPa) σinic Amplitúdó (db) kumulált eményszám (db) 0 0,0 0,5 1,0 Nyúlás (%) 20 97

98 A különböző rendszerek mindegyikénél sikerrel jellemeztük a lejátszódó mikromechanikai deformációs folyamatokat, a kompozitok szilárdságai, valamint az iniciálási feszültségek közötti szoros összefüggés bizonyítékul szolgál arra, hogy a tönkremenetelt valóban ezen folyamatok okozzák. Az elvárásoknak megfelelően valóban azt tapasztaltuk, hogy a polimer és a töltőanyag között kielégítő mértékű adhézió jött létre, így a szemcsék képesek átvenni a terhelést a mátrixtól, ezen felül megállapítást nyert, hogy a töltőanyag alaki tényezőjének növekedésével valóban jobb erősítés tapasztalható. A domináló mikromechanikai deformációs folyamat leggyakrabban a szemcsék tördelődése volt. A rendszer merevsége a töltőanyag tartalommal minden esetben nőtt, míg a szilárdság minden esetben csökkent. A kölcsönhatások növelésével és a deformációs mechanizmusok befolyásolásával lehetőség nyílig egyre jobb és jobb, nagyobb szilárdságú kompozitok előállítására. Bár a közeljövőben fosszilis nyersanyagokból gyártott műanyagok felváltása még nem reális cél, azonban az ehhez hasonló kutatások mindegyike fontos lépés a jövő környezettudatosabb műanyagiparának eléréséhez vezető útján. [1] P. Pataki, B. Imre, E. Földes, B. Pukánszky; Műanyag és Gumi (49/1) [2] Z. Link, K. Renner, J. Móczó, B. Pukányszky; Műanyag és Gumi, 2012 (49/3) [3] K. Renner, CS. Kenyó, J. Móczó, B. Pukánszky; Composites, 2010 (A41), [4] R. Csizmadia, G. Faludi, K. Renner, J. Móczó, B. Pukánszky; Composites, [5] G. Dora, G. Faludi, K. Renner, J. Móczó, B. Pukányszki; Műanyag és Gumi, 2011 (48/1) 8-12 [6] Á. Csikós, Sz. Nagy, R. Tóth, G. Faludi, F. Zubonyai, B. Pukánszky, Műanyag és Gumi, 2012 (49/10) [7] Á. Gábor, G. Faludi, B. Imre, K. Renner, J. Móczó, B Pukánszky; Műanyag és Gumi, 2009 (46/12) [8] J. Turcsányi, B. Pukánszky, F. Tüdős; J Mater Sci Lett, 1988 (7)

99 HŐMÉRSÉKLET ÉRZÉKENY HIBRID PLIMEREK ÉS GÉLEK ELŐÁLLÍTÁSA, TULAJDNSÁGAIK VIZSGÁLATA ÉS PTENCIÁLIS ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEIK sváth Zsófia 1,2, Tóth Tamás 2, Bányai Kristóf 2, Iván Béla 1,2 1 MTA TTK, AKI, Polimer Kémiai Kutatócsoport, 1117, Budapest, Magyar tudósok krt ELTE TTK, Szerves Kémiai Tanszék, 1117, Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A Az utóbbi évtizedben ugrásszerűen megnőtt az érdeklődés az ugynevezett hibrid, szerves és szervetlen összetevőket is tartalmazó anyagok iránt. Ezen rendszerek kifejlesztése során a legfontosabb cél, hogy a létrehozott anyag mindkét összetevőtől megtartsa az előnyös tulajdonságokat. Munkánk során hőmérséklet érzékeny N-izopropil-akrilamidot (NIPAAm) vagy N,N-dietil-akrilamidot (DEAAm) kopolimerizáltuk 3-timetoxilszilil-propil-metakriláttal (TMSPMA), és az így képződött kopolimert szol-gél módszerrel gélekké alakítottuk tovább, majd vizsgáltuk tulajdonságaikat és esetleges alkalmazási lehetőségeiket. 1. ábra Az előállított anyagok szerkezete A NIPAAm és DEAAm monomereket különböző összetételekben, szabad gyökösen kopolimerizáltuk TMSPMA-val. A képződött anyagoknak 1 H-NMR spektroszkópiával igazoltuk a szerkezetét, elemanalízissel meghatároztuk a pontos összetételüket, TGA-val pedig a bomlási sajátságaikat. Vizsgáltuk továbbá a hőmérséklet érzékeny tulajdonságaikat (LCST) is Vis spektroszkópiával. A képződött kopolimerek prekurzorként szolgáltak a szol-gél módszerrel előállított géljeik készítéséhez. Ezen géleknek gravimetriával vizsgáltuk a duzzadási sajátságaikat, TGA-val a bomlási tulajdonságaikat UV-Vis spektroszkópiával pedig a hatóanyag leadási képességüket. A 1 H-NMR eredményeink igazolták a várt kopolimer szerkezet létrejöttét, az elemanalízis eredményekből pedig kiderült, hogy a várttal ellentétben a TMSPMA jobban épül be a polimer láncba, mint a NIPAAm vagy a DEAAm. A TGA mérések igazolták, hogy a kopolimerek akár 300 ºC-ig is jól ellenállnak a hőnek. A létrehozott kopolimerek mutatnal LCST-t, melynek értéke csökken a TMSPMA komonomer arányának növekedésével. A szol-gél módszerrel létrehozott hibrid gélek jó duzzadási sajátságokat mutattak, ellentétben a csak szervetlen komponensekből álló anyagokkal, és mechanikai tulajdonságaik is javultak a csak szerves anyagokat tartalamazó gélekhez képest. A gélek 99

100 bomlási tulajdonságai a kopolimerekhez hasonlóan kedvezőek. A teofilin hatóanyagot a hibrid gélek könnyen leadják, ez párhuzamban áll a duzzadási képességükkel. Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönetüket fejezik ki a Pázmány-Eötvös Természettudományi Információs Alapítványnak az anyagi támogatásért. 100

101 MICELLAKÉPZŐDÉS ÉS ZÁRVÁNYKMPLEXKÉPZŐDÉS VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZŐ EPESAV-CIKLDEXTRIN RENDSZEREKBEN Tabajdi Réka 1, Király László 1, Király Zoltán 1 1 Szegedi Tudomány Egyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék Az epesavak más néven kolátok speciális csoportját képezik a biofelületaktív anyagoknak (biotenzidek), mely a nagy, robusztus, egy síkban elhelyezkedő, nagyrészt hidrofób molekulának és a rajta található több hidroxi-csoportnak köszönheti. Sajátságos tulajdonságai közé sorolható a konvencionális tenzidekhez képest kisebb aggregációs szám, az emésztőrendszeri zsírok bontásában betöltött kulcsfontosságú szerepe, és a szolubilizációs képességei. Mindezekért ideális modell molekulák a gyógyszeriparban fontos szteroid alapú hatóanyagok kutatásához.[1-3] Munkánk során célunk volt nátrium-kolát (NaC) és nátrium-deoxikolát (NaDC) micellaképződésének hőmérséklet függését vizsgálni desztillált vízzel és fiziológiás sóoldattal készült oldataikban. Vizsgálataink során Krüss K100MK2 automata tenziométert és VP-ITC titrációs izoterm mikrokalorimétert használtunk. Továbbá vizsgáltuk e kétféle epesav komplexképződését ß-ciklodextrinnel (ß-CD), γ-ciklodextrinnel (γ-cd) és hidroxipropillal módosított ß-CD-el (HP-ß-CD). A módosítás célja a ciklodextrin külső burkának hidrofilabbá tétele volt. Vizsgálatainkat VP-ITC-vel végeztük, desztillált vízzel és fiziológiás sóoldattal készült oldataikban is vizsgáltuk a komplexképződés hőmérséklet függését, és számoltuk a termodinamikai állandókat, valamint a komplexképződés stabilitási állandóját és a komplex mólarányát. 1. ábra NaDC micellaképződésének hőmérséklet függése automata tenziométerrel. [1] H. Sugioka, Y. Moroi Biochimica et Biophysica Acta 1394 (1998) [2] H. Sugioka, K. Matsuoka, Y. Moroi, J. of Coll. and Int. Sci. 259 (2003) [3] F. llila,.t. Pentikainen, S. Forss Langmuir (2001) 17,

102 BIKMPATIBILIS MÁGNESES HIDRGÉLEK FEJLESZTÉSE Tóth Ildikó 1, Veress Gábor 1, Tombácz Etelka 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, 6720, Szeged, Aradi vértanúk tere 1. Bevezetés A hidrogélek mechanikai, kémiai és biokompatibilitási tulajdonságai egyaránt hangolhatóak, így a tudományos érdeklődés tárgyát képezik. Ezeknek az anyagoknak számos felhasználása lehetséges, például a mesterséges szövetek tervezésében, a gyógyászati hatóanyagok szállításában és szabályozott leadásában. Amennyiben a hidrogéleket mágneses részecskékkel (magnetit, maghemit, kobalt-ferrit) töltjük meg, mágneses hidrogélek állíthatók elő. Ezzel a módosítással a mágneses hidrogélek sokkal alkalmasabbak lehetnek egyes orvosbiológiai felhasználások esetében, például a hatóanyagok célzott szállításában, illetve a rák kezelése során a szabályozott gyógyszereladás és mágneses hipertermiás kezelés kombinálásához. [1,2] A mágneses hirdogélek előállításának három, alapvetően eltérő módja ismert: a bekeveréses, az in situ kicsapásos és a beoltásos módszerek. [1] Számos mágneses hidrogél előállítása ismert, például a szuperparamágneses magnetit nanorészecskék eloszlatása karragén gélben, magnetit nanorészecskék in situ képződése kitozán gélben, illetve rákos megbetegedés kezelésére tervezett kitozán hidrogél előállítása magnetit és bétaglicerofoszfát tartalommal. [2] Az általunk hozzáférhető szakirodalomban azonban nem találtunk mágneses hialuronát-gél előállításáról szóló publikációt. A hialuronát (HyA) makromolekulák adszorpciója miatt a mágneses nanorészecskék flokkulációja következik be, ami csak a magnetit részecskék felületének előzetes módosításával akadályozható meg. [2,3] Az ízületi porckopás (artrózis) az ízületi problémák egyik leggyakoribb formája. A betegség kialakulásának számos oka lehet, az öröklött tényezők és a fokozott terhelés (nehéz munka, sport, túlsúly) mellett az ízületi folyadék viszkoelasztikusságának csökkenése is hozzájárul, aminek egyik oka az intra-artikuláris folyadék hialuronát tartalmának csökkenése. Az artrózis az ízületek végeit borító porcok károsodása (1.a ábra). Hosszú, éveken át tartó folyamat során a porc elvékonyodik, sima felszíne berepedezik, majd a teljes porcállomány összetöredezik, és végül lassan felszívódik. Amikor a porc eltűnik, az ízületi végek csontjai közvetlenül érintkezhetnek egymással, aminek következtében a csontfelszínek összedörzsölődnek, ez pedig fájdalommal és csontkárosodással jár. [4] Ahogyan az évek során az ízületet borító porc folyamatosan kopik, krónikus fájdalom alakul ki, melyhez gyakran az ízület duzzadása is társul. A betegség előrehaladottságának mértékétől függően a rendelkezésre álló terápiás eszközökkel a fájdalom részben csökkenthető, valamint az aktív élet folytatható. A terápiás lehetőségek között szerepelnek a szájon át szedhető szerek, a gyógytorna, az ízületi folyadék pótlása, valamint súlyos esetekben a műtéti beavatkozás. Az ízületi folyadék injekcióval történő pótlása egy régóta alkalmazott kezelési eljárás. Ezeknek az injekcióknak az artózisos ízületbe történő beadása (1.b ábra) következményeként az ízületi folyadék viszkoelaszticitása helyreáll, valamint beindulhat az ízületi porc részleges regenerálódása is. Az ízületi folyadékpótló injekciók alkalmazása során azonban a befecskendezett gél egy 102

103 része elszivárog a környező szövetekbe, illetve a szervezet természetes lebontó folyamatainak eredményeként a hialuronát egy adott idő után elbomlik. Ez az idő megnövelhető például térhálósított hialuronát-gélek alkalmazásával. Az ízületekbe, különös tekintettel például a térdízületbe befecskendezett gélek a terhelés során a klasszikus fizikai törvényeknek engedelmeskedve kiszorulnak az ízületek szélére. Így a mozgás során pont azon a helyen csökken nagyobb mértékben a gél mennyisége, ahol a megkopott porcokat kellene egymástól távol tartani a fájdalom és a további mechanikai károsodás elkerülése érdekében. A kiszorulási folyamat csökkentésére mágneses hialuronát-gélt igyekszünk tervezni, így a gél az ízületben azon a helyen maradna, ahol arra a legnagyobb szükség van, tartva a megfelelő távolságot a fájó részek között, ugyankor biztosítva a szükséges kenést a mozgás során. [4] A kutatásunk célja olyan hialuronát alapú mágneses hidrogél előállítása és szisztematikus jellemzése, ami a későbbiekben alkalmas lehet ízületi folyadék pótlására is. 1. ábra (a) Egészséges és porckopásos ízület sematikus rajza [5] (b) Ízületi folyadék pótlása intra-artikuláris injekcióval. [6] a) b) Kísérleti anyagok és módszerek Ko-precipitációs szintézissel állítottunk elő magnetit nanorészecskéket, FeCl 2 és FeCl 3 tömény oldatából NaH-dal történő kicsapással, szobahőmérsékleten levegő jelenlétében. Az előállított magnetit nanorészecskéket röntgendiffrakcióval azonosítottuk (Bruker D8 Advance), a részecskeméretet pedig transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) készített felvételek segítségével határoztuk meg (Philips CM-10). A kondorotin-szulfát-a (CSA) (Sigma-Aldrich) és a hialuronát (HyA) (Gyógyszertechnológiai Intézet, SZTE) nátrium só formájában állt a rendelkezésünkre. A poliszacharidok dimer egységei a 2. ábrán láthatóak, a CSA egy ismétlődő egysége egy CH és egy S 3H csoportot tartalmaz, a HyA esetében pedig egy CH csoport található egységenként. A fiziológiás körülményekhez közeli ph~6 esetében ezek a funkciós csoportok teljesen deprotonáltak ( S 3, C ), így mind a CSA, mind a HyA polianionos karakterű. A CSA és a HyA mennyiségét ismétlődő egységeikre, azaz a karboxil(át)csoportok anyagmennyiségére vonatkoztatva mmol-ban adjuk meg. 2. ábra (a) A CSA és (b) a HyA ismétlődő egységeinek szerkezeti képlete. [2] 103

104 3 S a) b) A magnetit nanorészecskék felületét CSA-val módosítottuk, és a részecskéket CSA@MNP-vel jelöljük. A törzs CSA@MNP mintákban a ph~6, a NaCl tartalom 10 mm, a magnetit tartalom pedig 10 g/l. A választott CSA fedések pedig biztosítják a magnetit nanorészecskék stabilitását ezen körülmények között. [2,3] Az előzetesen elkészített MNP illetve CSA@MNP szolokat híg hialuronátos oldatokba, illetve tömény HyA-gélekbe adagoltuk. Híg HyA-rendszerekben a nanorészecskék részecskeméretét dinamikus fényszórás méréssel (DLS), felületi töltésállapotát pedig zéta-potenciál méréssel vizsgáltuk (Zetasizer NanoZS, Malvern, England) különböző HyA-koncentráció mellett, ph~6 és 10 mm NaCl mellett 25 C-on. A hidrogél folyási tulajdonságait szisztematikus reológiai vizsgálatokkal jellemeztük. A méréseket 25 C-on végeztük el, Physica MCR101 reométerrel (Anton Paar, Austria) lap-lap mérőfejet (d=5 cm) használva. A folyásgörbéket növekvő, majd csökkenő sebességgradiens mellett vettük fel. A vissza ág plasztikus folyási tartományát a Bingham modell alapján értékeltük ki: τ = τ B + η pl dγ/dt, ahol τ a nyírófeszültség, τ B a Bingham-féle folyáshatár, η pl a plasztikus viszkozitás és dγ/dt a sebességgradiens. A viszkoelasztikus tulajdonságokat statikus mérési körülmények között kúszásteszttel jellemeztük. Dinamikus mérési körülmények között pedig az úgynevezett oszcillációs méréseket alkalmaztuk a viszkoelasztikusság jellemzésére, állandó frekvencia illetve állandó nyírófesztültség mellett. [2] Eredmények bemutatása A ko-precipitációs eljárással előállított magnetit nanorészecskék röntgendiffraktogramján (3.a. ábra) a csúcsok kicsi intenzitásúak, a Scherrer-egyenlet segítségével meghatározott részecskeméret és a TEM képekből (3.b. ábra) nyert értékek alapján a nanorészecskék ~10 nm-esek és kerekded alakúak. Az ilyen méretű magnetit nanorészecskék szuperparamágnesesek. 3. ábra A magnetit nanorészecskék (a) röntgendiffraktogramja és (b) TEM-képe. ~ 12 nm a.u. a) Q ( ) b) 104

105 A kutatásaink során először hialuronátra nézve híg rendszerekben végeztünk vizsgálatokat. Az MNP és részecskék töltésállapotát és átlagos hidrodinamikai méretét (Zave) zétapotenciál és DLS mérésekkel vizsgáltuk a hialuronát (HyA) növekvő mennyiségének függvényében ph~6 és 10 mm NaCl sókoncentráció mellett. Az egyes válogatott mintákról (csupasz MNP és CSA-val fedett MNP) egy nap ülepedési idő után készült fényképeket és a sorozatokra mért kísérleti eredményeket a 4. ábrán mutatom be. 4. ábra Az MNP és CSA@MNP részecskék (a) stabilitása és (b) részecskemérete különböző mennyiségű HyA jelenlétében (ph~6, 10 mm NaCl). MNP HyA: növekvő mennyiség CSA@MNP HyA: növekvő mennyiség a) b) Zave (nm) MNP CSA@MNP 0.2 mmol/g CSA@MNP 1.0 mmol/g CSA@MNP 0.4 mmol/g AGGREGÁLT STABIL HyA (mmol/g) A fényképeken látható, hogy a csupasz MNP csak bizonyos koncentráció tartományban alkot stabil rendszert a HyA-tal, míg a CSA-val felületmódosított MNP mindvégig stabil, nem ülepedő rendszert alkot. Az átlagos hidrodinamikai méret (Zave) vizsgálatakor megfigyelhető, hogy a csupasz magnetit kis hialuronát-koncentráció mellett aggregálódik, aminek oka az, hogy a magnetit felületén a HyA adszorpciója miatt eltérő töltésállapotú, ellentétes töltéselőjelű helyek jönnek létre. Nagy HyA-koncentrációnál szintén aggregálódik a rendszer, mivel ekkor feltételezhetően a makromolekula flokkuláló hatása dominál. A köztes HyA-koncentráció tartományban stabil rendszereket kaptunk. Az első mintasor jól szemlélteti a csupasz MNP viselkedését a növekvő HyA mennyiséggel szemben. Mivel a célunk az, hogy tömény hialuronát-gél rendszerbe adagoljuk a magnetitet, így a csupasz MNP erre a célra nem alkalmas. A CSA@MNP mintánál a hozzáadott CSA mennyiségét a korábbi tapasztalatok alapján úgy választottuk ki, hogy az stabil mágneses folyadékot alkosson. A CSA-val előre felületmódosított MNP a vizsgált HyA-koncentráció tartományban végig stabilnak mutatkozott. A minták pár napos állás után sem ülepedtek (második mintasor). A hialuronát feloldásával elkészített hidrogélbe borítatlan MNP illetve felületmódosított CSA@MNP részecskéket kevertünk. Az elkészített géleket az 5. ábrán láthatjuk. A borítatlan magnetit nanorészecskék az előzetes elvárásainknak megfelelően valóban nem oszlathatóak el egyenletesen nátrium-hialuronát-gélben. Ugyanakkor a kondroitin-szulfát-a-val felületmódosított részecskék felhasználásával mágneses hidrogél állítható elő ph~6 esetén. A vizuális megfigyelések alapján az előállított géleket hűtőszekrényben tárolva az MNP részecskék térbeli eloszlása ~3 hónap után is egyenletes. A vizsgált MNP-koncentráció tartományban a géleket jellemző reológiai paraméterek (például a folyásgörbék "vissza" ágából meghatározható Bingham-féle folyáshatár és plasztikus viszkozitás (5.ábra)) a mérések hibahatárán belül függetlenek az MNP mennyiségétől. 105

106 A kúszásteszt és oszcillációs vizsgálatok eredményei alapján az előállított mágneses hidrogél megőrzi a HyA-gélre jellemző viszkoelasztikus tulajdonságot, azaz a paraméterektől függően a gél domináns viselkedése egyaránt lehet viszkózus illetve elasztikus is. Ez alapvető funkcionális tulajdonsága az ízületi folyadéknak, ugyanis az ízületekben terhelésmentes környezetben (állás) biztosítja a vázrendszer tartását (viszkózus tulajdonság), ugyanakkor nyíró erőnek kitéve (mozgás) biztosítja a szükséges kenést (elasztikus tulajdonság) a porcok között. 5. ábra (a) HyA-gél, MNP illetve CSA@MNP részecskékkel bekeverve, (b) stabil hidrogélek folyásgörbéje (Bingham modell alapján kiértékelve). MNP CSA@MNP (1.0mmol/g) CSA@MNP (0.4mmol/g) +MNP HyA-gel +CSA@MNP nyírófeszültség (Pa) HyA-gél 0 g/l HyA-gél 0.2 g/l +CSA@MNP HyA (mmol/g) a) b) sebességgradiens (s -1 ) Összegzés Sikeresen előállítottunk hialuronát alapú mágneses hidrogélt. A rendelkezésünkre álló mérési eredmények alapján elképzelhető az ízületi folyadék pótlásaként történő alkalmazás, de még további kísérletek szükségesek a fiziológiás körülmények pontosabb megközelítésével, a magnetit tartalom növelésével, illetve magnetoreológiás mérések elvégzésével. A kutatás az TKA (NK 84014) és a TÁMP A/ Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Irodalomjegyzék [1] Y. Li, G. Huang, X. Zhang, B. Li, Y. Chen, T. Lu, T. J. Lu, F. Xu; Advanced Functional Materials, 2013 (23) [2] I. Y. Tóth, G. Veress, M. Szekeres, E. Illés, E. Tombácz; Journal of Magnetism and Magnetic Materials (benyújtva) [3] I. Y. Tóth, E. Illés, M. Szekeres, E. Tombácz; Journal of Magnetism and Magnetic Materials (közlésre elfogadva) [4] ( ) [5] ( ) [6] ( ) 106

107 KÖRNYEZETI KÉMIA, KÉMIAI TECHNLÓGIA 107

108 PTENCIÁLIS TIRZIN KINÁZ INHIBÍTRK ELŐÁLLÍTÁSA KEM-ENZIMATIKUS KASZKÁD RENDSZEREKBEN Csuka Pál 1, Boros Zoltán 1,2, Dr. Hornyánszky Gábor 1,2, Dr. Poppe László 1,2 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest Szent Gellért tér 4. 2 SynBiocat Kft., 1173 Budapest Lázár deák utca 4/1 A királis aminok és származékaik jelentős építőelemei számos gyógyszerhatóanyagnak, a jelentőségüket növeli, hogy igen gyakran enantiomertiszta formában használhatóak fel. [1-2] Az enantiomertiszta amidok előállítására ad lehetőséget környezetbarát módon a biokatalizátorok alkalmazása. Erre a célra leggyakrabban alkalmazott enzimek a hidrolázok, ezen belül is a lipázok. Az egyik leggyakrabban használt lipáz a Candida antarctica B lipáz (CaLB). Előnyei közé tartozik, hogy széles szubsztrát specifitással rendelkezik, így sokkal nagyobb termékpalettát lehet vele előállítani, nagy enantiomerszelektivitással rendelkezik, így sokkal nagyobb enantiomertisztaságot lehet elérni és már számos rögzítési formáját írták le. [3] A tirfosztinok a tirozin kináz receptoroknak (TKR) az inhibítorai. [4] A TKR jelentősége a jelátviteli útvonalak elején van a sejten belül. Kimutatták, hogy tumoros sejtekben a TKR aktivitása jelentősen nagyobb egy normál sejtnél. 1. ábra Tirozin kináz inhibítorok előállítása A tirozin kináz inhibítorok előállítására egy kemo-enzimatikus kaszkád rendszert dolgoztunk ki. Az első lépésben az enzimes reakció megvalósításával enantiomertiszta savamidhoz jutottunk. Az enzimes reakció optimálásával sikerült javítani a produktivitáson, emelett megtartani a magas enantiomertisztaságot. Második lépésként Knoevenagel- 108

109 kondenzációval aromás aldehidekkel kapcsoltuk össze a termékünket. Az így előállított vegyületek enantiomertiszta tirfosztinokat szolgáltattak. [1] T. Henkel, R.M. Brunne, H. Müller, F. Reichel, Angewandte Chemie. International Edition, 1999 (38) [2] T.C. Nugent. Chiral Amine Synthesis, Weinheim, 2010 [3] Z. Boros, P. Falus, M. Márkus, D. Weiser, M. láh, G. Hornyánszky, J. Nagy, L. Poppe, Journal of Molecular Catalysis B Enzymatic, 2013, [4] A. Gazit, N. sherov, I. Posner, P. Yaish, E. Poradosu, C. Gilon, A. Levitzki, Journal of Medicinal Chemistry, (1991), (34),

110 SAVANYÚ HMKTALAJ JAVÍTÁSA VÖRÖSISZAPS TALAJJAL Farkas Éva 1, Feigl Viktória 1, Gruiz Katalin 1, Molnár Mónika 1, Simó Zsófia és Ujaczki Éva 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológiai és Élelmiszertudományi Tanszék, 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4. Az ember és a szárazföldi élőlények létezése a talajhoz kötött: ezen járunk, táplálékunkat ebből nyerjük. Talajainkat túlhasználjuk, kimerülnek, a termőterületek a városok terjeszkedésével csökkennek, és a környezetszennyezés következtében is leromlik állapotuk. Magyarország talajainak jelentős részét teszik ki a könnyű mechanikai összetételű, kedvezőtlen szerkezettel és rossz víz- és tápanyaggazdálkodási tulajdonságokkal rendelkező homoktalajok. [1] Leromlott talajaink javítása mellett az emberiség másik fontos feladata, a túlnépesedés egyik figyelemre méltó következményeként egyre nagyobb mennyiségben keletkező hulladékok kezelése és hasznosítása. Kutatási munkám e két problémakörre épül: vörösiszapos talaj hasznosíthatóságát vizsgáltam és demonstráltam nyírségi savanyú homoktalaj javítását célozva laboratóriumi mikrokozmosz kísérletekben. A katasztrófa során kiömlött, majd a talaj felső rétegével együtt felszedett vörösiszapos talajt kevertem be különböző koncentrációkban savanyú nyírségi homoktalajba, majd ezeket a mikrokozmoszokban zajló változásokat követtem és értékeltem 10 hónapon keresztül. Ez a hulladék ma tározókban áll, egyelőre nincs kidolgozott technológia a felhasználására, ez indokolja a kísérletsorozatot. A kísérlet során alkalmazott 2 kg-os mikrokozmoszok egyre növekvő koncentrációkban (0, 10, 20, 30, 40, 50 és 100 %) tartalmaztak vörösiszapos talajjal kevert homoktalajt. Ezekből a mikrokozmoszokból összesen három mintavételre került sor, az összeállítást követően a 3, 5. és 10. hónapban. A vörösiszapos talaj hatásának kockázatközpontú felméréséhez és nyomon követéséhez integrált metodikát alkalmaztam, mely magában foglalta fizikai, kémiai, biológiai és ökotoxikológiai módszerek használatát is. A leromlott talaj tulajdonságainak változása alapján időben követve tanulmányoztam és értékeltem a bekevert hulladék hatását. A talaj fizikai-kémiai jellemzőre gyakorolt hatás feltérképezésére ph, kötöttség, víztartóképesség és tápanyagtartalom mérést végeztem a toxikus fémek koncentrációjának meghatározása mellett. A talaj biológiai aktivitásának jellemzésére meghatároztam a baktérium és gombák számát a talajokban, tanulmányoztam a mikrobiális talajlégzést zártpalack-tesztben, továbbá a mikrobaközösség szubsztráthasznosító képességét. [2] A növekvő koncentrációban vörösiszapos talajt tartalmazó talajminták toxicitásának jellemzéséhez környezettoxikológiai eljárásokat alkalmaztam: Aliivibrio fischeri baktériummal biolumineszcencia gátlási tesztet, valamint Sinapis alba (fehér mustár) és Triticum aestivum (közönséges búza) gyökér- és szárnövekedés gátlási tesztet. [2] A SILUTIL projekt keretében készült kutatás fő célja volt, hogy a technológiai mikrokozmosz kísérlet követésével és értékelésével, a laboratóriumi eredményekre alapozva, felmérje a vörösiszappal kevert talaj alkalmazhatóságát a leromlott, tápanyaghiányos homoktalaj minőségének javítására, így megalapozva a későbbi szabadföldi demonstrációt. 110

111 A hulladékok talajjavításra való alkalmazása során elsődleges fontosságú, hogy megfelelő indikátor-paramétereket válasszunk mind a talajba kevert hulladékok érték alapú hasznának, mind az alkalmazás veszély-alapú kockázatának nyomon követésére, és a hasznok és kockázatok kimutatására alkalmas integrált módszeregyüttessel kövessük nyomon a talajban zajló változásokat a kísérlet egész időtartama során. 1. ábra Integrált módszeregyüttes vörösiszapos talaj hatásának vizsgálatára és értékelésére talajmikrokozmoszokban A komplex kutatási munka eredményei igazolták a vörösiszapos talaj kedvező hatását, mely megnyilvánult a kezelt homoktalaj vízgazdálkodási tulajdonságának, tápanyag-ellátottságának, valamint biológiai aktivitásának alakulásában is. A vörösiszap és így a vörösiszappal kevert talaj is lúgos, ph=8,65 kémhatással rendelkezik, így jelentősen befolyásolja a kezelt homoktalaj (ph= 5,36) ph-ját is. A bekeverést követő harmadik hónapban a talajoknak 9 körüli volt a ph értéke, ez hét hónappal később 8-ra csökkent, a semlegeshez közelít. Mivel a vörösiszap a timföldgyártás mellékterméke, melynek alapanyaga a bauxit, így nagy fémtartalommal rendelkezik. Ezzel szemben a mérhető összes toxikus fémtartalom a vörösiszapos talaj bekeverését követő 5. hónapban egyik mikrokozmoszban sem volt a talajra vonatkozó magyar határértéken felül, egyedül a bekeverésre szánt 100%-os vörösiszapos homoktalajban, összesen három fém, az As, a Cr és a Ni esetében. Ez a talajjavítást célzó alkalmazás szempontjából nem számít problémának, mivel a vörösiszapos talajt önmagában nem kívánjuk talajként használni, hanem kisebb koncentrációban talajba keverjük. A fémtartalommal együtt a talaj kalcium-karbonát szintjét is mértük, ami a referencia talaj 0 m/m %-os kalcium-karbonát szintjéhez képest, már 20 % vörösiszapos talaj bekeverés hatására 1,74 m/m %-ra emelkedett, 50%-os bekeverés esetén pedig közel 6 m/m %-ot ért el a talaj kalcium-karbonát szintje. A magasabb kalcium-karbonát szint jót tesz a talaj stabilitásának és növeli a pufferelő képességét. Az Arany-féle kötöttség meghatározásának eredményei azt mutatták, hogy a bekeverés hatására megnő a homoktalaj kötöttsége: a referencia talajhoz képest 20 %-os 111

112 vörösiszapos talaj bekeverését alkalmazva 11 %-os, 50 %-os bekeverés esetén pedig 23 %- os az Arany-féle kötöttség növekedésének értéke. A víztartó képesség eredményei is összhangban a kötöttség mérési eredményekkel ezt szemléltették: 10 hónap alatt 50 %-os bekeverést alkalmazva megközelítőleg 35 %-kal nőtt a talaj víztartóképessége a homoktalajhoz képest. A talaj biológiai jellemzői egyértelműen szemléltették a vörösiszapos talaj bekeverésének hatására megnövekedett aktivitást a homoktalajban. Ez megmutatkozott mind a baktériumok, gombák számában, mind a mikroflóra működését jól leíró talajlégzés eredményeiben is. A Biolog EcoPlate rendszerrel meghatározott mikrobiális szubsztráthasznosító képesség is összhangban az előzőekkel igazolta a kedvező hatást. A talaj mikrobaközösségének átlagos szubsztráthasznosítását jellemző AWCD, azaz az átlagos színfejlődési értékek, 10 hónap elteltével minden kezelt mikrokozmoszban meghaladták a kezeletlen homoktalaj átlagértékeit. Már a 10 % vörösiszapos talaj bekeverés hatására kétszeresére, illetve háromszorosáa növekedtek az AWCD értékek 3, illetve 10 hónap elteltével. A bekevert hulladék és a talaj kockázatának jellemzésére, a technológia értékelésére a fizikai és kémiai analitikai vizsgálatok alkalmazása önmagában nem elég, pusztán ezek eredményei alapján nem lehet helyesen megítélni a helyzetet. Ökotoxikológiai vizsgálatok szükségesek a komplex rendszerben az egymás és a mátrix közötti kölcsönhatások eredményének, továbbá a hulladék kockázatának jellemzéséhez. A három elvégzett ökotoxikológiai teszt közül leginkább a búza és a mustár szár-, és gyökérnövekedés-gátlási teszt eredményei tükrözték legjobban a talajokban zajló folyamatokat. Egybehangzó eredményül azt kaptam a növénytesztek esetén, hogy a 3. hónap mintavételéhez képest jelentősen csökkentek a gátlások. 10 hónap elteltével csak a 40 %-os, és az annál nagyobb koncentrációban történő bekeverés esetén tapasztaltunk jelentősebb mértékű gátló hatást. Az Aliivibrio fischeri-vel végzett lumineszcencia gátlás - mérés az eddig összegyűjtött tapasztalatokat támasztja alá, azaz, azok a talajok, melyekben nagyobb a bekevert vörösiszapos talaj koncentrációja, sokkal toxikusabbak. A vörösiszap toxikus anyag, nem megfelelő tárolás és felhasználás esetén kockázatot jelent a környezetre nézve. Ugyanakkor mivel mennyisége világszerte folyamatosan nő, muszáj gondoskodni a biztonságos újrafelhasználásáról, különben a végleges megoldást nem jelentő tárolás esetén, az ajkai katasztrófához hasonló események bekövetkeztekor, súlyos problémákkal kell szembenéznünk, és ezekre megoldást találni. Kísérletsorozatom eredményei alapján arra a következtetésre jutottam, hogy megfelelő koncentrációban alkalmazva a vörösiszappal kevert talaj erőteljes talajjavító tulajdonságait előtérbe hozhatjuk és kihasználhatjuk. A lúgos kémhatást ellensúlyozhatjuk azzal, ha savanyú talajba keverjük, vagy homoktalajok víztartóképességét növelhetjük meg vele anélkül, hogy a mikroflóra életébe drasztikusan beavatkoznánk, vagy a talajt toxikussá tennénk. A vörösiszapos talajjal történő javítás egy innovatív eljárás, de úgy hiszem, hogy sikeresen alkalmazható leromlott talajok javítására, és nagy potenciált látok más technológiákkal, vagy esetleg más hulladékokkal történő egyidejű használatára. A környezetszennyezés korunk egyik legfőbb problémája, de új, környezetbarát technológiák fejlesztésével és alkalmazásával, felelős emberi magatartással és kellő gonddal eljárva megőrizhetjük Földünk épségét az utókor számára. [1] P. Stefanovits, Gy. Filep, Gy. Füleky; (1999) Talajtan, Mezőgazda Kiadó [2] K. Gruiz, B. Horváth, M. Molnár; (2001) Környezettoxikológia Vegyi anyagok hatása az ökoszisztémára, Műegyetem Kiadó, Budapest 112

113 NANRÉSZECSKÉK ALKALMAZÁSA ÚJ TÍPUSÚ ENZIM AGGREGÁTUMK ELŐÁLLÍTÁSÁRA Nagy Flóra 1, Weiser Diána 1, Kemény Sándor 2, Poppe László 1, 3 1. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, H-1111, Budapest Műegyetem rkp Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, H-1111, Budapest Műegyetem rkp SynBiocat Kft., H-1111, Budapest, Lázár Deák út 4/1. Napjaink szintetikus eljárásaiban az enzimkatalizált átalakításoknak egyre növekvő szerep jut főként a gyógyszeripar és orvosi diagnosztika, élelmiszer-, textil-, bőr-, papír- és vegyipar, valamint a környezetvédelem területén. Az enzimek szerkezetükből fakadó szelektivitása lehetővé teszi enantiomertiszta anyagok előállítását, ami a modern gyógyszeripar számára elengedhetetlen. Az enzimek aktivitása és stabilitása nagyban függ a reakciókörülményektől és a környezeti paraméterektől, a nem megfelelő körülményekre biokatalitikus aktivitásuk és szelektivitásuk elvesztésével reagálhatnak. Homogén fázisú alkalmazásuk során a reakcióelegyből és a terméktől nehezen választhatóak el, amely komoly technológiai problémát jelent az ipar számára. Terápiás alkalmazásuk során pedig a kívánt biohasznosulásuk okozhat nehézséget. Ezekre a problémákra jelenthetnek megoldást az enzimrögzítési technikák, amelyekkel sok esetben aktív és stabil készítmények állíthatóak elő. Megfelelő rögzítési módszer megválasztásával az adott enzim alkalmas lehet ipari, enzim terápiás, illetve bioanalitikai célokra egyaránt. Kutató munkám során az irodalomban jól ismert CLEA technikával és szilika nanorészecskék együttes alkalmazásával egy új, az irodalomban eddig nem ismert kombinált enzimrögzítési módszert hoztam létre. A CLEA módszer elve, hogy egy bifunkciós reagenssel az enzim molekulák kicsapása után, azok aminosav oldalláncai között kovalens kötéseket alakítunk ki. A módszer igen egyszerű, szinte bármely enzim esetében sikeres, azonban a készítmény stabilitása és mechanikai tulajdonságai igen kedvezőtlenek. A szilika nanorészecskék a megfelelő funkcionalizálásuk után önmagukban is képesek enzimek hatékony rögzítésére, azonban igen kis méretük miatt kezelésük, visszanyerésük körülményes és gazdaságtalan. A fent említett két módszer ötvözésével azonban egy olyan hibrid (általunk elnevezve nano-hibrid) mátrix alakítható ki, amely egyfelől rendelkezik a CLEA módszerből fakadó univerzalitással, hiszen az általam alkalmazott bifunkciós epoxidok bármilyen aminosav oldallánccal reakcióba vihetőek, ezáltal gyakorlatilag bármilyen enzim rögzítésére alkalmasak. Másfelől viszont a nanorészecskék bevitelével lényegesen jobb mechanikai, morfológiai jellemzők érhetőek el, mint a hagyományos CLEA technikával előállított, tisztán csak enzimből felépülő készítményeknél. 113

114 1. ábra Nano-hibrid CLEA Munkám során vizsgáltam a nanorészecskék méretének és felületének, valamint a keresztkötő ágensek hatását a biokatalizátor aktivitásra. 114

115 GYÖKTRANSZFER ANYAGK HATÁSA A FENL VUV- FTLÍZISÉRE N2 JELENLÉTÉBEN Náfrádi Máté 1, Kozmér Zsuzsanna 1, Dr. Alapi Tünde 1,2, Dr. Dombi András 1 1 SZTE, TTIK, Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Rerrich Béla tér 1. 2 SZTE, TTIK, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 szeged, Dóm tér 7. ÖSSZEFGLALÓ A vizek bizonyos szerves szennyezői a jelenleg használt víztisztítási technológiákkal nehezen vagy egyáltalán nem lebonthatóak, ezért szükséges új, kiegészítő technológiák kifejlesztése. Ilyen lehetséges módszerek a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások, például az általam alkalmazott vákuum-ultraibolya (VUV) fotolízis. Ennek során egy Xe excimer lámpával (λ max=172 nm) besugározva a vizes oldatokat, a víz homolitikus bontását idézhetjük elő (H 2 + hν H és H), és az így keletkezett primer gyökök a modellszennyezővel (fenollal) történő reakcióit vizsgálhatjuk, esetemben különböző típusú gyöktranszfer anyagok jelenlétében. A kísérleteim során 10-4 mol dm -3 koncentrációjú fenololdatot sugároztam be VUVfotonokkal oldott dinitrogén-oxid jelenlétében. A dinitrogén-oxid hatására a H átalakul reaktív H-ké. A H csapdázására 0,500; 0,050 és 0,001 mol dm -3 koncentrációban tercbutanolt, hangyasavat vagy nátrium-formiátot használtam. A keletkező gyökök mennyiségére és minőségére a fenol bomlási sebességének folyadékkromatográfiás elválasztással való nyomon követése alapján, illetve a keletkező H 2 2 koncentrációjának mérése alapján következtettem. N 2 jelenlétében a fenol bomlásáért elsősorban a H-ök felelősek, így jelenlétében jelentősen megnőtt a bomlási sebesség. Az általam alkalmazott három féle gyöktranszfer a fenol bomlását elsősorban a H-ök mennyiségének csökkentésével gátolta, kevéssé reaktív gyököket képezve azokkal, így lassítva a bomlást. A hangyasav és a Na-formiát jóval hatékonyabban gátolják a fenol bomlását és a H 2 2 képződését, mint a terc-butanol, illetve jelentősen befolyásolják a rendszer ph-ját. A Na-formiát nagy feleslegben a rendszerhez adva nagy ph-t okoz és szinte teljesen képes leblokkolni a fenol bomlását, illetve a H 2 2 képződését. BEVEZETÉS A víztisztítás általános eljárásai, a szűrési, ülepítési, és biotechnológiai módszerek nem képesek minden típusú szennyező, illetve bizonyos koncentrációban jelen lévő szennyezők eltávolítására. Ezen eljárásokhoz kiegészítő módszerek lehetnek a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások. Ezen módszerek közös jellemzője, hogy a szerves szennyezők bontását különböző reaktív szabad gyökökkel (hidroxilgyök ( H), hidrogén atom/hidratált elektron (H /e aq- ), hidroperoxilgyök/szuperoxid gyökion (H 2 / 2 - )) végzik. A primer gyökök közül a legfontosabb a H, mivel ennek a reaktivitása a legnagyobb általában a különböző szerves és szervetlen molekulákkal szemben. A VUV-fotolízis során 200 nm-nél kisebb hullámhosszúságú fotonokkal sugározzuk be a vízmolekulát, amely ennek hatására homolitikusan bomlik. 115

116 H 2 + hν 172 nm H + H Φ H 172 nm = 0,42 [1] H 2 + hν 172 nm H + + e aq - + H Φ eaq nm < 0,05 [2] A VUV-fotolízis során elsősorban H és H keletkezik (e aq - -ok csak kis koncentrációban), ezek rekombinációja erősen kedvezményezett az ún. kalitka-effektus miatt. A kísérleteim során a fenol, mint hatóanyag modellmolekula VUV-fotolízisét vizsgáltam, mivel számos környezeti szennyezőhöz hasonlóan nehezen lebontható aromás gyűrűt, valamint a gyűrűhöz kapcsolódva szubsztituenst tartalmaz, így a fenol bontásának mechanizmusából következtethetünk más, bonyolultabb szerkezetű molekulák reakcióira. Annak érdekében, hogy a modellmolekula bontásának vizsgálata jobban követhető legyen, különböző adalékanyagokat, úgynevezett gyöktranszfereket adtunk a rendszerhez. Ezek olyan anyagok, melyek versengenek a vízből képződött reaktív primer gyökökért, lelassítva a modellmolekula bontási sebességét és így utalva az egyes gyökök fontosságára. A méréseim során terc-butanolt, hangyasavat és nátrium-formiátot használtam gyöktranszferként, illetve dinitrogén-oxidot (N 2) a H -ök H-ké alakításához. FELHASZNÁLT ANYAGK ÉS ANALITIKAI MÓDSZEREK A kísérleteim során minden alkalommal szilárd fenolból nagy tisztaságú vízzel készített, 0,0001 M koncentrációjú oldatot vizsgáltam. Minden esetben nagy tisztaságú dinitrogén-oxid (N 2) gázt buborékoltattam át a rendszeren, a gázzal való telítését a mérés kezdete előtt 10 perccel elkezdtem, és a kísérlet befejezéséig folytattam, 600 cm 3 /perc áramlási sebességgel. A tervezett kísérlettől függően az oldatok tartalmaztak a fenolhoz képes tízszeres (0,0010 M), ötszázszoros (0,0500 M), vagy ötezerszeres (0,5000 M) koncentrációban terc-butanolt, hangyasavat vagy nátrium-formiátot. A 250 cm 3 oldatot egy termosztált (25 C) recirkulációs rendszerben vizsgáltam különböző körülmények között, folyamatos VUV-fénnyel való besugárzás mellett (20 W-os teljesítményű Xe excimer lámpa). Egy diódasoros UV-detektorral rendelkező HPLC-berendezést használtam a fenol bomlásának vizsgálatához, melyben egy fordított fázisú C-18 kolonnát alkalmaztam (eluens: 65 % MILLI-Q és 35% metanol). A bontási folyamatok során keletkezett hidrogén-peroxid (H 2 2) koncentrációjának változásait a Merck cég által gyártott speciális teszttel követtem nyomon. A mérés alapját képző H 2 2 okozta redukciós folyamat (Cu(II) Cu(I)), majd komplexképzés (Cu(I)- fenantrolin) teszi lehetővé a peroxidképződés vizsgálatát, melyet spektrofotometriásan 455 nm-en történő fényelnyelés méréssel végeztem. EREDMÉNYEK Dinitrogén-oxid hatása A N 2 képes elreagálni a víz VUV-fotolízise során első lépésben keletkező primer részecskék közül a e aq - -okkal és a H-kal. Mindkét reakció során ezek a primer részecskék átkonvertálódnak a nagy reaktivitású H-ké. N 2 + e aq - N k 1 = 7, M -1 s -1 [3] - + H 2 H - + H k 2 = 7, M -1 s -1 [3] N 2 + H N 2 + H k 3 = 2, M -1 s -1 [3] 116

117 c fenol ( 10-5 mol dm -3 ) c fenol ( 10-5 mol dm -3 ) Az inert nitrogén gázzal ellentétben mind a N 2, mind az 2 jelentősen lecsökkenti a primer gyökök rekombinációjának valószínűségét azáltal, hogy elreagálnak a H-al és a e aq - -al, utat engedve a H-ök feldúsulásának. Ennek egyik eredménye a fenol bomlássebességének megnövekedése (1. ábra). A N 2 esetében H/e aq - -nal végbemenő reakciók során a nagy reaktivitású H-ök képződnek, míg 2 jelenlétében nagy koncentrációban kis reaktivitású peroxil-típusú gyökök (H 2 / 2 -, R ) képződnek, melyek szintén nagymértékben megnövelik a rendszer gyökkészletét és így a bomlási sebességet. 1. ábra: Fenol bomlási sebessége N2, N2 és 2 jelenlétében nitrogén dinitrogén-oxid oxigén Idő (perc) Terc-butanol hatása A terc-butanolt (t-buh) elsősorban H-gyökfogóként, másodsorban az alkoholok gyökös folyamatokra gyakorolt hatásának a modellezésére használtam. A t-buh és H reakciója során keletkező széncentrumú gyök kis reaktivitású, így nem járul hozzá nagymértékben a modellvegyület bontásához. k 5 = 6, M -1 s -1 [4] 2. ábra: t-buh hatása a fenol bomlási sebességére VUV-fotolízis során ,500 M t-buh 0,050 M t-buh 0,001 M t-buh 0,000 M t-buh Idő (perc) A fenololdathoz hozzáadott t-buh minden koncentrációban csökkentette a fenol bontásának hatékonyságát (2. ábra), ennek oka, hogy a t-buh nagy reakciósebességi együtthatóval elreagál a H-kel, ezáltal verseng a fenollal a reaktív gyökökért. 117

118 c fenol ( 10-5 mol dm -3 ) Hangyasav hatása A hangyasav (HCH) gyökös reakciókban gyökfogóként viselkedik, mivel képes elreagálni H-kel és H/e aq - -kel is, miközben sokkal kisebb reaktivitású formilgyököt képez. A hangyasavval nem csupán annak gyöktranszfer hatását kívántuk vizsgálni, hanem az általa okozott savas ph hatását is, melyet a sav típusú adalékanyagok okozhatnak. HCH + H CH + H 2 k 6 = 1, M -1 s -1 [4] 3. ábra: HCH hatása a fenol bomlási sebességére VUV-fotolízis során ,500 M HCH 0,050 M HCH 0,001 M HCH 0,000 M HCH Idő (perc) A hangyasav minden koncentrációban gátolta a fenol bomlását (3. ábra), valamivel nagyobb mértékben, mint az azonos moláris feleslegben hozzáadott t-buh. Ennek magyarázata az alkalmazott gyökfogó reakciói során lecsökkent H koncentráció és a jelenlevő gyökök kis reaktivitása. Nátrium-formiát hatása A Na-formiát (HCNa) szintén gyöktranszferként viselkedik, mivel nagy reakciósebességi együtthatóval képes elreagálni a vízből képződő primer részecskékkel. Segítségével modellezhető a nagy ph (pl. lúg típusú szennyezők), illetve a formiátion hatása a gyökös folyamatokra. HC - + H C H 2 k 7 = 3, M -1 s -1 [4] Az általam vizsgált háromféle gyökfogó közül a Na-formiát okozta a legnagyobb változást az adalékanyag mentes N 2-dal telített oldatban a fenol VUV-fotolízise során. Ez a vegyület akadályozta meg a legjobban a fenol bontását (4. ábra), mivel nagymértékben lecsökkentette a reaktív H koncentrációt. Az erőteljes fenol bomlást gátló hatást felerősítheti, hogy a formiát hidrolízise által okozott erősen lúgos ph-n az oldatbeli oxigéntartalmú szerves vegyületek bomlásakor keletkező peroxil-típusú gyökök (H 2 / 2 - ) szinte kizárólag 2 - formában vannak jelen, melyek a fenollal igen kis reakciósebességi együtthatóval reagálnak, így elhanyagolható mértékben járulnak hozzá a fenol bontásához. 4. ábra: t-buh hatása a fenol bomlási sebességére VUV-fotolízis során 118

119 c fenol ( 10-5 mol dm -3 ) ,500 M HCNa 0,050 M HCNa 0,001 M HCNa 0,000 M HCNa Idő (perc) A Na-formiát már kis koncentrációban is jelentősen gátolja, nagy koncentrációban pedig szinte teljesen blokkolja a szerves célvegyület fotolitikus bontását. Mindhárom általam alkalmazott gyökfogó jelenlétében csökkent a képződő H 2 2 koncentráció az adalékanyag mentes esethez képest, mivel kevesebb olyan gyök van jelen a rendszerben, amelyek reakcióiból H 2 2 képződhet. A növekvő gyökfogó koncentráció függvényében a keletkező H 2 2 mennyisége arányosan csökkent. ÖSSZEFGLALÁS Különböző típusú és koncentrációjú gyöktranszfer anyagok hatását vizsgáltuk a fenol VUV-fotolízisére N 2 gáz jelenlétében. Az oldott N 2 gáz jelentősen felgyorsította a fenol bomlását, mivel megnövelte a reaktív H koncentrációját. A terc-butanol, a hangyasav és a nátrium-formiát egyaránt csökkentette a fenol bomlási sebességét és a H 2 2 keletkezését. Növelve a gyöktranszferek koncentrációját, nagyobb mértékű bomlási sebesség csökkenés volt tapasztalható. A nátrium-formiát gátolta leginkább a fotolitikus folyamatokat, míg a terc-butanol a legkevésbé. A folyamatok sebességcsökkenésének fő oka mindhárom gyökfogó esetén elsősorban a H-koncentráció csökkenése. FRRÁSK [1] G. Heit, A. Neuner, P.Y. Saugy, A.M. Braun; Journal of Physical Chemistry A 1998 (102) [2] E. J. Hart, M. Anbar; New York, Wiley-Interscience 1970 [3] A.J. Elliot; Radiation Physics and Chemistry 1989 (34) [4] G.V. Buxton, C.L. Greenstock, W.P. Helman, A.B. Ross; Journal of Physical and Chemical Reference Data 1988 (17)

120 TJÁSFEHÉRJE ALAPÚ KÉSZÍTMÉNYEK FEJLESZTÉSE TEJTERMÉKEKRE ÉRZÉKENY EMBEREKNEK Németh Csaba 1, Tóth Kálmán 1, Friedrich László 2, Balla Csaba 2, Póti Péter 3 1 Capriovus Kft., Dunasor 073/72 hrsz. H-2317 Szigetcsép 2 BCE-ÉTK, Hűtő- és Állatitermék Technológiai Tanszék, Ménesi út 45. H-1118 Budapest 3 SZIE, Szarvasmarha- és Juhtenyésztési Tanszék, Páter Károly út 1. H-2100 Gödöllő A tojás a tápanyagok egyedülálló és kiegyensúlyozott forrását jelenti minden életkorban. A sárgája fontos forrása az esszenciális telítetlen zsírsavaknak (linolsav 18:2n6), az egyszeresen telítetlen olajsavnak, a vasnak, foszfornak, számos nyomelemnek, míg a fehérje gazdag magas biológiai értékű fehérjében. A tojás fehérjéinek minőségét gyakran veszik alapul minden más élelmiszer fehérjéik minőségének méréséhez (1). A tojásfehérje további rendkívül fontos tulajdonsága, hogy zsírt és szénhidrátot nem, ill. elenyésző mértékben tartalmaz (1. táblázat), továbbá koleszterinmentesnek is tekinthető (2). Ezen pozitív tulajdonságai miatt tudott számos modern, ill. testsúlycsökkentő étrend, továbbá a testépítők táplálkozásának, fontos alapanyagává válni. 1. táblázat: Egy 58 g-os friss tyúktojás összetétele (3) A tojás beltartalma Héj és Sárgája Fehérje Alkotórész Héjjal együtt Héj nélkül héjhártyák % Teljes tojás 100,0-32,3 56,7 11,0 Víz 65,6 73,6 48,7 87,9 2,0 Fehérje 12,1 12,8 16,7 10,6 4,5 Zsír 10,5 11,8 32,6 - - Szénhidrát 0,9 1,0 1,0 0,9 - Hamu 10,9 0,8 1,0 0,6 93,5 Az tojásfeldolgozó üzemek újabb és újabb termékekkel igyekeznek megjelenni a piacon, és a termékfejlesztéseket természetesen igyekeznek a vásárlói igényekhez illeszteni. A paleolit étrendet fojtatók nem fogyasztanak tejtermékeket, azonban tojást igen, így felmerült a tojás alapanyagú, érzékszervileg tejterméket idéző termékek kifejlesztésének a lehetősége. Ilyen termék a 100%-ban kizárólag tojásfehérjét tartalmazó tojásfehérje túró, amely az említett paleolit étrendet folytatók mellett a tejtermékekre érzékenyek, a diétázók és a testépítők számára is hasznos termék lehet. Munkánk során a kísérleti termékkel elvégzett vizsgálataink eredményeit mutatjuk be. Természetesen az érzékszervi vizsgálatok egy élelmiszer esetében döntő jelentőségűek, de ezeket az adatokat, melyek nagyon pozitív képet mutattak, később szeretnénk publikálni. Öt héten át hűtve tároltunk (4 C-on) tojásfehérje túró mintákat. Hetente vizsgáltuk a mezofil aerob összcsíraszám alakulását. Steril eszközökkel és körülmények között üveg Petri-csészében pépesítettük, majd a minta 1 g-ját 9 ml peptonvízhez adtuk, majd alaposan (kb. 5 percig) összeráztuk. Mintánként 3 párhuzamossal dolgoztunk. Az így kapott mintákból tizedelő hígítási sort 120

121 készítettünk steril peptonvízzel, majd összcsíraszám vizsgálat esetén Nutrient agaros, Salmonella esetén XLD és Harlequin Salmonella ABC agaros, Listeria monocytogenes esetén PALCAM agaros, E. coli/coliform esetén Chromocult agaros, Staphylococcus aureus esetén BAIRD-PARKER agaros, Enterobacteriaceae esetén VRBG agaros lemezöntéssel meghatároztuk a minták aerob összcsíra, Salmonella, Listeria, E. coli/coliform, Staphylococcus aureus ill. Enterobacteriaceae számát. A lemezeket 30 (összcsíra), ill. 37 C-on 48 órán keresztül inkubáltuk, majd telepszámláló segítségével megszámoltuk a kinőtt telepek számát. Szárazanyag tartalom mérését Sartorius szárazanyag/nedvesség-tartalom gyors meghatározására alkalmas készülékkel végeztük, 7 párhuzamost alkalmazva. Az öt hetes tárolás során a minták felületén bekövetkezett színváltozások vizsgálatára Minolta CR-200 típusú tristimulusos színmérőt használtunk. A mérés az additív színkeverés elvén alapul, amely szerint bármely szín előállítható három, adott hullámhosszú fény keverékeként. A három dimenziós CIELAB színinger rendszerben: L* - világossági tényező (azt mutatja meg, hogy tárgy a megvilágító fény hány százalékát veri vissza), +a* - vörös színezet, -a* - zöld színezet, +b* - sárga színezet, -b* - kék színezet. A 2. táblázatban azok a színkülönbség értékek szerepelnek, amelyek esetében az átlagos emberi szem már észleli a színkülönbséget. 2. táblázat Az emberi szem által érzékelhető színkülönbségek de*ab érzékelt különbség 0 0,5 nem vehető észre 0,5 1,5 alig vehető észre 1,5 3,0 észrevehető 3,0 6,0 jól látható 6,0 12 nagy Patogén mikrobát az 5 hetes hűtve tárolás során nem voltak kimutathatóak a mintákban, valamint a Enterobacteriaceae szám is kimutathatósági szint alatt maradt. Csupán némi összcsíraszám emelkedést tapasztaltunk, ám a tojásfehérje túró aerob összcsíraszáma a tárolási kísérletek alatt mindvégig messze az előírtak (N 10 5 CFU/ml) maradt (1. ábra). 3. táblázat Tojásfehérje túró hűtve tárolása során elvégzett vizsgálatok eredményei Mikroba magyar előírás 1. hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét Salmonella M=0/25 g neg. neg. neg. neg. neg. L. monocytogenes M=0/25 g neg. neg. neg. neg. neg. E. coli m<1 M<10 <0,3 <0,3 <0,3 <0,3 <0,3 S. aureus m= M=10 <10 <10 <10 <10 <10 Enterobacteriaceae m=10 M=10 2 <10 <10 <10 <10 <10 121

122 1. ábra: A tojásfehérje túró aerob összes élőcsíraszámának változása 4 C-os tárolás során A tojásfehérje túró fehér színének változatlansága is fontos a tárolás során. Eredményeinkből kiderül, hogy az első négy hét után nem, míg az ötödik hét után alig észrevehető változás történt a minták színében. A mikrobiológiai és érzékszervi vizsgálatokat összevetve így elmondható, hogy négy hétig a termék mind mikrobiológiai stabilitását, mind szín stabilitását megőrizte. Összességében elmondható, a hogy számos étrendbe jól beilleszthető, enyhén tehéntúróra emlékeztető ízvilágú, állományjavító és tartósító szerektől mentes, önmagában is fogyasztható termék mikrobiológiailag és színét tekintve stabil volt a 4 hetes 4 C-os hűtve tárolás során. Tehát a tojásfehérje túró megfelelő hűtőlánc biztosítása mellett kiskereskedelmi forgalmazásra alkalmas. [1] D.K. Layman, N.R. Rodriguez, N.R. Nutrition Today, 2009 (44) [2].J. Cotterill, J.L. Glauert, Poultry Science, 1979 (58) [3] P. Zoltán 1997 Baromfihús- és tojástermelők kézikönyve, Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó Budapest Kutatási anyagunk létrejöttéhez nagyban hozzájárult a KMR_ sz. Kutatásfejlesztés a Piacorientált kutatás-fejlesztési tevékenység támogatatása a középmagyarországi régióban program valamint a Research Centre of Excellence /2013/TUDPL támogatása. 122

123 IBUPRFEN, KETPRFEN, NAPRXEN ÉS DIKLFENÁK VÁKUUM-ULTRAIBLYA FTLÍZISE: GYÖKTRANSZFEREK HATÁSA Absztrakt Rózsa Georgina 1, Arany Eszter 1, Kozmér Zsuzsanna 1, Simon Gergő 1, Alapi Tünde 1,2, Dombi András 1 1 Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Kémiai Tanszékcsoport, Környezetkémiai Kutatócsoport, 6720 Szeged, Dóm tér Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7. Napjainkban egyre több szennyezőanyag, gyógyszerhatóanyag és peszticid származék kerül a környezetünkbe. Ennek következtében szükségessé vált új, kiegészítő módszerek alkalmazása a hagyományos víztisztítási technológiák mellett. A nagyhatékonyságú oxidációs eljárások (Advanced xidation Processes, APs), hatékony és korszerű technológiát képviselnek, melyek az ivóvíz, a kommunális és ipari szennyvizek kezelésére, fertőtlenítésére, illetve a szerves szennyezők eltávolítására alkalmas módszerek. Ezek közé tartozik a vákuum-ultraibolya (VUV) fotolízis is, mely leginkább a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások mechanizmusának tanulmányozására, ezen keresztül pedig a technológia optimalizálására alkalmas. A munkám során a környezetben/vizekben feldúsuló vegyületek eltávolításával foglalkoztam. Két paraméter, az oldott 2, illetve a hidroperoxilgyök/szuperoxid gyökion (H 2 / 2 - ) páros hatását figyeltem meg négy nem szteroid gyulladáscsökkentő hatóanyag (ibuprofen, ketoprofen, naproxen és diklofenák) VUV-fotolízisére. Az oldott 2, mint gyöktranszfer hatását vizsgálva megállapítottam, hogy az ibuprofen bomlását lassította, mivel nagy valószínűséggel ez az anyag hasonló nagyságú sebességi együtthatóval reagál a H-mal és a H-kel. Ketoprofen, diklofenák és naproxen esetében az oxigénnek nem volt jelentős hatása a bomlási folyamatra. Hangyasavat/formiátiont gyöktranszferként alkalmazva oxigén jelenlétében megállapítottam, hogy ibuprofen és ketoprofen esetén hatással volt a bomlás sebességére, hogy H 2 / 2 - páros közül melyik tag van nagyobb koncentrációban jelen az rendszerben, míg naproxen esetében ennek nem volt befolyása. Bevezetés A különböző emberi tevékenységek következtében megnőtt az antropogén környezetszennyező anyagok mennyisége, amely a környezet kedvezőtlen irányú megváltozásával jár. A nagyhatékonyságú oxidációs eljárások olyan módszerek, melyek során a bomlás kémiai úton vagy fotolízissel előállított gyökök (elsősorban hidroxilgyökök ( H), és hidrogéngyökök (H ), illetve a szennyezőkből generált szerves gyökök) hatására megy végbe. A gyökök előállításának módja alapján többféle módszert különböztetünk meg, az egyik ilyen a VUV-fotolízis. A 200 nm-nél rövidebb hullámhosszúságú VUV-sugárzás fotonjainak energiája (> 7 ev) elegendően nagy a legtöbb kémiai kötés felszakításához, így 123

124 gyökös kémiai reakciókat iniciálhat. Az eljárás szélesebb körű elterjedését az excimer lámpák megjelenése tette lehetővé. Környezettechnológiai szempontból a legkedvezőbb a 172 nm-es hullámhosszúságon sugárzó Xe excimer lámpa alkalmazása, mivel ezen sugárzás energiája elegendően nagy a víz homolíziséhez [1]. H 2 + h 172 nm H + H Φ H 172 nm = 0.42 [2] A VUV-fotolízis során primer gyökként hidrogén- és hidroxilgyökök képződnek. Ezen primer részecskék keletkezése feltehetően egy vízmolekulákkal körülvett kicsiny térfogatrészben, az úgynevezett oldószerkalitkában játszódik le, melyben rekombinációjuk igen kedvezményezett, a kalitkából való kilépésük pedig kisebb valószínűségű. Ezt a jelenséget kalitka-effektusnak nevezik. Rövid élettartamuk miatt a VUV-fotolízis során képződő gyökök általában csak közvetett módszerekkel tanulmányozhatóak. Az egyik ilyen közvetett módszer, hogy gyöktranszfer vegyületet adunk az oldathoz, ami a primer gyökkel (az egyikkel vagy mindkettővel) elreagálva, azt kisebb reaktivitású gyökké alakítja, illetve a reakciók következtében lassítják vagy éppen gyorsítják a célvegyület bomlását. Egy általánosan használt gyöktranszfer az oldott oxigén, mely diffúziókontrollált sebességgel reagál el a H- kel (k 1=2, mol -1 dm 3 s -1 [3]) H 2 / 2 - konjugált sav-bázis párt képezve, és többnyire növeli a bomlási sebességet. Egy másik általam alkalmazott gyöktranszfer a formiát ion volt (hangyasav és nátrium-formiátion formában), amely az H-öket alakítja át kisebb reaktivitású széncentrumú gyökökké. Mérési körülmények és alkalmazott analitikai módszerek A vizsgált gyógyszerhatóanyagok Az általam vizsgált gyógyszerhatóanyagok (1. ábra) a nem szteroid gyulladáscsökkentők csoportjába sorolhatók. Közös tulajdonságuk, hogy nem szteránvázas karbonsavak. 1. ábra: a, ibuprofen, b, ketoprofen, c, diklofenák és d, naproxen szerkezeti képlete a, b, c, d, Kísérleti berendezés Kísérleteimet egy recirkulációs renszerben végeztem. Fényforrásként egy 20 W-os elektromos teljesítményű, 130 mm hosszú, 40 mm-es külső átmérőjű Radium Xeradex TM 124

125 típusú Xe excimer lámpát használtam. A vékony Suprasil kvarcüveg hengerbe helyezett lámpa, a reaktoron átfolyó vizet gerjesztette. Az oldatot egy PD5001-es típusú Heidolph perisztaltikus pumpával áramoltattam a 25 ± 0,5 C-ra termosztált reaktor és tartály között. A perisztaltikus pumpa a 250 cm 3 -nyi reakcióelegyet 375 cm 3 perc -1 -es sebességgel áramoltatta. A tartályban levő oldatot mágneses keverővel folyamatosan kevertettem, miközben a reakciókörülményeket befolyásoló gázt vezettem bele 600 cm 3 perc -1 -es áramlási sebességgel. A mérések során 4.5-ös tisztaságú N 2-t vagy 4.5-ös tisztaságú 2-t használtam. Az oldatok ph-ját egy inolab ph 730p típusú ph-mérővel mértem, a mérőelektródot közvetlenül a tartályba helyezve. Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC) Az ibuprofen, ketoprofen, naproxen és diklofenák bomlásának követését nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás módszerrel végeztem. Az analízis során egy diódasoros UV-detektorral rendelkező Agilent 1100-as típusú HPLC-berendezést használtam, melyben egy fordított fázisú (LiChroCART 125-4, RP-18 (5 μm)) kolonnát alkalmaztam. Eluensként %-ban alkalmaztam acetonitrilt (ultra gradient HPLC grade, J.T.Baker) és 1 %-os ecetsav oldatot (hígítva 99 %-os HPLC grade tisztaságú oldatból, Scharlau) 0,8 ml perc -1 -es áramlási sebességgel. Az ibuprofen esetében 220, a ketoprofen esetében 256, a naproxen esetében 230, a diklofenák esetében pedig 280 nm volt a detektálási hullámhossz, mivel ezeken a hullámhosszakon van abszorpciós maximuma a vegyületeknek. Eredmények és értékelésük Az oldott oxigén hatása Első lépésben 1, mol dm -3 kiindulási koncentrációjú gyógyszerhatóanyagok (ibuprofen, ketoprofen, naproxen és diklofenák) VUV-fotolízisét kísértem nyomon oxigénnel átbuborékoltatott és oxigénmentes vizes oldatokban. A 2.a ábra alapján elmondható, hogy oldott oxigén hatására az ibuprofen lebontásának sebessége jelentősen lecsökkent az oxigénmentes körülményekhez képest. Ennek valószínűsíthető magyarázata az lehet, hogy az ibuprofen feltehetően hasonló nagyságú sebességi együtthatóval reagál a H -mal és a H-kel, tehát az 2-nel való telítés esetében az 2 és H közti reakció kompetitív folyamata lehet az ibuprofen és a H közti reakciónak. Ugyanakkor az is feltételezhető, hogy az 2 jelenlétében képződő H 2 / 2 - -ok sem járulnak hozzá jelentős mértékben e vegyület átalakulásához [4, 5]. A ketoprofen, diklofenák és a naproxen VUV-fotolízise esetében azonban nem tapasztaltam jelentős különbséget (2.b, c és d ábra) az oxigénnel telített és oxigénmentes körülmények között. Ennek oka az lehet, hogy célmolekulák hatékonyan ki tudják ragadni a H-ket az oldószerkalitkából, így az 2 jelenlétében megemelkedett H-koncentráció nem növeli meg a gyógyszerhatóanyagok és a H-k közötti végbemenő reakció sebességét. Ugyanakkor a H -ok, illetve a H 2 / 2 - -ok és a kiindulási vegyületek közötti reakciók elhanyagolhatóak [4]. 125

126 1,0 2. ábra: Az oldott 2 hatása 1, mol/dm 3 -es kiindulási koncentrációjú a, ibuprofen, b, ketoprofen, c, diklofenák és d, naproxen VUV-fotolízisére a, b, N2 1,0 0,8 2 0,8 N2 0,6 0,6 2 c/c 0 0,4 c/c 0 0,4 0,2 0,2 0, t (s) c, d, 1,0 1,0 0, t (s) c/c 0 0,8 0,6 0,4 N2 2 c/c 0 0,8 0,6 0,4 2 N2 0,2 0,2 0, t (s) 0, t (s) Hangyasav/Na-formiát hatása A formiátion (hangyasav (HCH) vagy Na-formiát (HCNa) formában) gyöktranszfer anyagként viselkedik, mivel nagy reakciósebességi együtthatóval reagál elsősorban a H-kel, átalakítva azokat kevésbé reaktív széncentrumú gyökökké. HCH formájában formilgyök ( CH, k 1=1, mol -1 dm 3 s -1 [3]), HC - formájában pedig szén-dioxid gyökion (C 2 -, k 2=3, mol -1 dm 3 s -1 [3]) képződik. xigén jelenlétében az így képződött gyökök a H 2 / 2 - -okká alakul tovább, tehát ilyen körülmények között minden primer gyököt H 2 / 2 - -okká alakíthatunk. Azt, hogy a sav-bázispár mely tagja van jelen nagyobb arányban az oldatban, a ph határozza meg. Mind a 4 célvegyület esetén a ph profil hasonló volt. HCNa alkalmazása esetén a ph ~10,5 volt, azaz ilyen körülmények között a gyökpáros csaknem 100%-ban 2 - formában van jelen. Savas ph-n (~3,9, melyet hangyasav alkalmazásával és az oldat enyhe lúgosításával értem el) a gyökpáros 90%-ban H 2 formában van jelen az oldatban. Annak érdekében, hogy mindkét gyöktranszfer alkalmazása esetében körülbelül azonos legyen a gyöktranszferek H-kel való reakciójának sebessége, a hangyasavat egy nagyságrenddel nagyobb kiindulási koncentrációban (0,50 mol dm -3 ) alkalmaztam, mint a Na-formiátot (0,05 mol dm -3 ). 126

127 3. ábra 1, mol/dm 3 -es kiindulási koncentrációjú a, ibuprofen-, b, ketorpofen- és c, naproxenoldatok 0,50 mol dm -3 hangyasav/0,05 mol dm -3 Na-formiát jelenlétében végzett VUV- fotolízise oxigénnel telített oldatokban a, b, c, 1,2 1,0 HCNa HCH 1,2 1,0 HCNa HCH 1,2 1,0 HCNa HCH 0,8 0,8 0,8 c/c 0 0,6 c/c 0 0,6 c/c 0 0,6 0,4 0,4 0,4 0,2 0,2 0,2 0, t (s) 0, t (s) 0, t (s) Kísérleteim alapján megállapítottam, hogy mindkét típusú adalékanyag jelenlétében mindhárom általam vizsgált célvegyület bomlási sebessége lecsökkent az adalékanyag nélküli esetekhez képest. A 3. ábrán látható eredmények azt mutatták, hogy ibuprofen és ketoprofen esetében a különböző volt a bomlási görbék lefutása, tehát más hatást ért el a kétféle gyöktranszfer. E két célvegyület esetén a kiindulási anyagok 2 - jelenlétében nagyobb sebességgel bomlanak, mint H 2 jelenlétében. A naproxen esetében pedig nem volt szignifikáns különbség a két eset között. Az ibuprofen és ketoprofen esetében tehát valószínűsíthető, hogy a célvegyületek hatékonyabban reagál el a 2 - okkal, mint a H 2 - ökkel, a naproxen pedig feltehetően hasonló reakciósebességi együtthatóval reagál el mindkét reaktív részecskével. Mindebből arra következtethetünk, hogy H 2 / 2 - -ok szerves vegyületekkel való reakciójának sebessége szubsztrátumfüggő. Összefoglaló ibuprofen és naproxen lebontásának sebessége jelentősen kisebb az oxigénhiányos körülményekhez képest, ketoprofen és a diklofenák VUV-fotolízise esetében azonban nem tapasztaltam jelentős különbséget - ibuprofen és ketoprofen: k( 2 + célvegyület) > k(h 2 + célvegyület) - naproxen: k( 2 + célvegyület) k(h 2 + célvegyület) Irodalomjegyzék [1] Dombi A. és Ilisz I.: Nagyhatékonyságú oxidációs eljárások a környezeti kémiában. A kémia újabb eredményei, B. Csákvári (szerk.), Akadémiai Kiadó Budapest 1999 [2] G. Heit, A. Neuner, P.Y. Saugy, A.M. Braun, J. Phys. Chem. A 1998 (102) [3] G.V. Buxton, C.L. Greenstock, W.P. Helman, A.B. Ross, J. Phys. Chem. Ref. Data, 1988 (17) [4] Apáti. L. A hidrogén-peroxid képződésének, valamint szerves szennyező anyagok bontásának vizsgálata vizes oldatok vákuum-ultraibolya fotolízise során. Diplomamunka, Szeged, Szegedi Tudományegyetem 2012 [5] Kozmér Zs. Hasonlóságok és különbségek a fenol vákuum-ultraibolya fotolízise és γ- radiolízise között,a reakciókörülmények befolyása. Diplomamunka, Szeged, Szegedi Tudományegyetem

128 128 NÍVÓDÍJAS ELŐADÁSK SZEKCIÓJA I.

129 A SZULFNÁLT ALIZARIN ÉS PALLÁDIUM-KMPLEXÉNEK ELMÉLETI VIZSGÁLATA: FUNKCINÁL TESZTELÉSEK ÉS SPEKTRUM SZIMULÁCIÓK Fehér Péter Pál 1 1 Debreceni Egyetem Természettudományi és Technológiai Kar Fizikai Kémiai Tanszék Diplomamunkám során DFT számításokat végeztem hat féle kicserélődésikorrelációs funkcionált használva a szulfonált alizarin (ARS) anionos formáinak vizsgálatára. A mono- és dianionos formák relatív energiáiból következtetéseket lehet levonni egy hidrogénező katalizátor, [1] a palládium(ii)-ars komplex koordinációs módjaira savas és bázikus közegben. Ezek a következtetések jó összhangban vannak a fémkomplexre végzett számításokkal. A tesztelések alapján elmondható, hogy a fő különbség a vizsgált funkcionálok között a gerjesztési energiák számításában van. A kísérletessel legjobban egyező eredményeket az M06 és CAM-B3LYP-el javított (TDDFT számításokra a CAM-B3LYP funkcionált használjuk) B3LYP funkcionálok adták, így a palládium(ii) komplexekre ezekkel történtek a számítások. Vizsgáltam az ARS molekula (de)protonáltságának hatását, ami a CAM-B3LYP, M06-2X, BH&HLYP és LC-ωPBE funkcionálok teljesítményét szisztematikusan befolyásolja olyan módon, hogy monoanionos teljesen deprotonált irányban a számolt elnyelési hullámhosszak relatív hibái monoton csökkennek. A c1 szerkezet (1. ábra) esetén a fő alacsony hullámhosszaknál jelentkező elnyelési sáv M06-tal számolva két gerjesztésből áll, egyik főleg HM LUM, a másik H 1 L+1típusú (2. ábra). A CAM-B3LYP funkcionál csak egy gerjesztést ad, ami az M06-os állapotok keveréke. 1. ábra. A protonált és deprotonált hidroxi-keto kötésmódú Pd(II)-ARS komplexek számított UV-látható spektrumai. M06 M06 CAM-B3LYP CAM-B3LYP c1 0 kj/mol c1 0 kj/mol 129

130 2. ábra. c1 molekulapályái (CAM-B3LYP), melyek a legfontosabb gerjesztésekben részt vesznek. M 172 a HM, M 173 a LUM pálya. CAM-B3LYP esetén a fő alacsony energiájú átmenet a és gerjesztések keveréke. M 172 M 173 M 171 M 174 Ezen túl bekerültek a dolgozatba ESR spektrum szimulációk, ahol fő célom az volt, hogy bemutassam a kvantumkémiai számítások egy másik felhasználását (3. ábra). 3. ábra. Egy kísérlettel kapott, [1] és különböző félértékszélességű számolt és ESR spektrumok összevetése. lwpp = [0,0.009] lwpp = [0,0.010] sq1 0 kj/mol sq2-9,59 kj/mol lwpp = [0,0.011] sq3-8,42 kj/mol sq4 13,61 kj/mol [1] F. Joó, N. Balogh, L. Horváth, G. Filep, I. Horváth, L. Vígh; Analytical Biochemistry, 1991 (194)

131 PTIKAI NANSZENZR FEJLESZTÉSE INTRACELLULÁRIS PH MÉRÉSHEZ ÉS KÉPALKTÁSHZ Dr. Secenji Aleksandar 1,2, Horváth Barbara 1 1 PTE TTK Kémiai Intézet, Általános és Fizikai Kémia Tanszék, Ifjúság útja 6., H-7624 Pécs, Magyarország 2 Pécsi Tudományegyetem, Szentágothai János Kutatóközpont, Ifjúság útja 20., H-7624 Pécs, Magyarország Az optikai szenzorok iránti érdeklődés az utóbbi két évtizedben jelentősen megnőtt, ami az optoelektronikai eszközök fejlődésére vezethető vissza. Az optikai ph mérés kiemelkedő szerepet játszik az optikai érzékelés körében, mivel ph mérésre nem csupán a mindennapos laboratóriumi munka során van szükség, hanem a kémia és biotechnológia, valamint az orvostudomány minden területén. Az élő sejtek vizsgálata kulcsfontosságú, hiszen a sejtek minden élő szervezet építőkövei, folyamatosan változó, dinamikus rendszerek. Működésüket csak akkor érthetjük meg igazán, ha élő sejten belüli, valós idejű méréseket tudunk végezni. A sejtek méretüknél fogva fénymikroszkóppal egyszerűen vizsgálhatók. A fluoreszcencia mikroszkópia jól bevált kutatási eszköz, ahol a szöveteket fluoreszcens indikátor oldattal festik meg. Nagyszámú molekuláris érzékelőt fejlesztettek ki ehhez a mérési módszerhez, amelyeknek azonban hátránya, hogy a sejt komponenseivel nemkívánatos reakcióba léphetnek, így azok működése megváltozhat. Emiatt legtöbbször csak a vizsgálni kívánt paraméter koncentráció viszonyainak meghatározását tudják elvégezni. Ha a molekuláris érzékelőket nanorészecskékbe zárjuk, akkor ezek a hátrányok kiküszöbölhetők 1, mivel a fluoreszcens indikátorok nem kerülnek közvetlen kapcsolatba a sejtet alkotó elemekkel. Ha a nanorészecskék anyagi minőségét megfelelően választjuk meg, akkor a rendszer csak a vizsgálni kívánt komponens számára lesz átjárható. Felületmódosítással elérhetjük, hogy a nanoszenzor a sejtmembrán természetes cserenyílásain keresztül bejusson a sejtekbe, és ne zavarja azok normális működését. Nanorészecskéknek nevezzük az nm mérettartományba eső szerves-, szervetlen- és kompozit anyagokat. Kis átmérőjüknek köszönhetően olyan rendszerekben is alkalmasak lehetnek optikai szenzor alapanyagként, ahol más érzékelő használata a mérete miatt korlátozott, például sejtekben vagy mikroorganizmusokban. Nagy felületük miatt rövid válaszidejűek. Az ún. PEBBLE szenzorok (Probes Encapsulated by Biologically Localized Embedding) olyan nanorészecskék, amelyeket biológia mintákban, sejten belüli mérésre alkalmaznak, és tartalmazzák az optikai méréshez szükséges komponenseket 2. Wolfbeis és munkatársai oldott oxigén koncentrációt mértek sejtekben, ahol optikai nanoszenzort használtak 3. lyan modern technológiát alkalmaztak, amivel hagyományos mikroszkóppal és digitális fényképezőgéppel is tudtak az oldott oxigén koncentrációról eloszlási képet készíteni. A sejten belüli ph eloszlás meghatározásáról fluoreszcens képalkotással, olyan publikáció jelent meg, ahol a költséges, konfokális pásztázó mikroszkópiás eljárást használták képalkotásra 4. A digitális fényképezőgépek egyszerűbb képalkotást tesznek lehetővé, mint a pásztázó mikroszkópiás eljárások. Bennük CCD érzékelő lapka található, amely 131

132 képpontonként rögzíti az információkat. A kép színét és intenzitását pixelenként három különböző hullámhossz tartomány rögzíti (RGB kamera: piros, zöld és kék). A szenzor technikában a digitális fényképezésnek úgy használhatják ki ezt a képalkotási módját, hogy olyan érzékelőt készítnek, amelynek az optikai jele a három hullámhossz tartomány valamelyikébe esik. Emiatt számos kombinációja lehetséges az optikai szenzorok készítésének. A rögzített jelből a megfelelő módon kémiai-analitikai információhoz juthatunk, melynek feldolgozásához számos szoftver rendelkezésére áll a kutatóknak, ilyen például az ImageJ program 5. A biológiai rendszerekben fluorimetriás méréseken alapuló optikai szenzorokat alkalmaznak. A legegyszerűbb méréstechnika a fluoreszcencia intenzitásának mérése, ami azonban a zavaró hatásokra érzékeny, mint például a fényforrás intenzitásának fluktuációja, vagy a hőmérséklet. Ennek kiküszöbölésére több technikát is kidolgoztak, az egyik a kettős gerjesztési- vagy emissziós hullámhosszon mért fluoreszencia intenzitás arányának képzése 6. Korábbi munkánk során Stöber- és módosított Stöber-szilika nanorészecskék szintézisével foglalkoztunk. Megvizsgáltuk, hogy a szilika nanorészecskék mérete hogyan befolyásolható a reakciókörülmények helyes megválasztásával, és hogyan változtatható a felületi tulajdonsága különböző módosított szilánok használatával. Emiatt, és a nanorészecskék fent ismertetett előnyös tulajdonságai miatt, az optikai szenzor építőelemeként Stöber-szilikát választottam. A hagyományos Stöber-szintézis és Philbert munkássága nyomán 7 olyan mag-héj szerkezetű, módosított Stöber-szilika nanorészecskéket szintetizáltam, amelyek méretüknél fogva alkalmasak lehetnek sejten belüli vizsgálatok elvégzésére. A szenzor tervezéséhez a következő fluorimetriás méréstechnikát választottuk: a gerjesztés egy hullámhosszon történik, és két fluoreszcens indikátor van a rendszerben, amelyeknek eltérő emissziós hullámhossza van, így a fluoreszcencia intenzitásának aránya szolgáltatja az információt. A legtöbb zavaró hatás egyforma mértékben befolyásolja a két jelet, arányuk csak a ph változásától függ. A rendszerben mind a két indikátor fluoreszcencia intenzitása függ a ph-tól, de a változásuk ellentétes előjelű. A két indikátort ennek megfelelően választottam ki. A nanorészecskék magjába ph érzékeny porfirinvázas indikátort zárványoztam, héjához pedig ph érzékeny naftalamid származékot immobilizáltam. Utóbbit Niu és kollégáinak munkája alapján állítottam elő 8, mely PET mechanizmus (photo-induced electron transfer mechanism) 9 szerint érzékeli a ph változást. A nanorészecskék felületmódosításával olyan stabil nanoszenzor szuszpenziót készítettem, amelynek a felületi tulajdonságai lehetővé teszik a sejtfalon keresztül történő átjutást. A kész fluoreszcens optikai nanoszenzor mérete, felületi- és spektrális tulajdonságai miatt alkalmas sejten belüli ph eloszlási kép felvételére digitális fényképezőgépek segítségével. 132

133 1. ábra: ph érzékeny optikai nanoszenzor előállítása (EP: oktaetil-porfirin, AiPN: N-allil-4-izopropil-piperazinil-1,8-naftalamid, TES: tetra-etoxi-szilán, VTES: vinil-trietoxi-szilán, ABUTES: amino-butil-urea-trietoxiszilán) 2. ábra: Nanoszenzor fluoreszcencia intenzitása a ph függvényében (λmax [AiPN]=527 nm, λmax [EP]=620 nm), Michaelis-féle foszfát pufferben vizsgálva 133

134 [1] John X. J. Zhang, Kazunori Hoshino: ptical Molecular Sensors and ptical Spectroscopy; Molecular Sensors and Nanodevices 2014 [2] Yong-Eun Koo Lee and Raoul Kopelm: Nanoparticle PEBBLE Sensors in Live Cells; Methods in Enzymology, Volume 504 [3] Xu-dong Wang, Hans H. Gorris, Judith A. Stolwijk, Robert J. Meier, Dominik B. M. Groegel, Joachim Wegener and tto S. Wolfbeis: Self-referenced RGB colour imaging of intracellular oxygen; Chem. Sci., 2011, 2, 901 [4] Tanja Bagar, Kirsten Altenbach, Nick D. Read and Mojca Bencina: Live-Cell Imaging and Measurement of Intracellular ph in Filamentous Fungi Using a Genetically Encoded Ratiometric Probe; American Society for Microbiology May 2009, p [5] [6] I. Sanchez-Barragan, J.M. Costa-Fernandez, A. Sanz-Medel, Marta Valledor, Francisco J. Ferrero, Juan Carlos Campo: A ratiometric approach for ph optosensing with a single fluorophore indicator; Analytica Chimica Acta 562 (2006) [7] a,w. Stöber, A. Fink, E. Bohn: Controlled Growth of Monodispersed Silica Spheres in the Micron Size Range; Journal of Colloid and Interface Science 26 (1968), b, Yong-Eun Lee Koo, Youfu Cao, Raoul Kopelman, Sang Man Koo, Murphy Brasuel and Martin A. Philbert: Real-Time Measurements of Dissolved xygen Inside Live Cells by rganically Modified Silicate Fluorescent Nanosensors: Anal. Chem. 2004, 76, [8] Proton off-on behaviour of methylpiperazinyl derivate of naphthalimide: a ph sensor based on fluorescence enhancement;cheng-gang Niu, Guang-Ming Zeng, Li-Xin Chen, Guo-Li Shen, Ru-Qin Yu; Analyst 129 (2004) [9] Paola Ceroni, Vincenzo Balzani, Alberto Credi:Molecular Devices and Machines_Chapter 2: Photoinduced Energy and Electron Transfer Processes; John Wiley and Sons

135 SZAMÁRIUM(III)-PRFIRINEK KÉPZŐDÉSÉNEK REAKCIÓKINETIKAI VIZSGÁLATA Kiss Melitta Patrícia, Valicsek Zsolt, Horváth ttó Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Általános és Szervetlen Kémia Intézeti Tanszék 8200 Veszprém, Egyetem u. 10. A porfirint az élet színanyagának is nevezik, mivel az egyik legerősebb fényelnyeléssel rendelkező vegyület. Négy pirrolgyűrű alkotja, melyeket metilidin-hidak kötnek össze, így kialakul egy síkban konjugált kötésrendszert tartalmazó váz. Ennek üregébe fémion koordinálódhat. [1] Ha a fémion sugara a pm határérték felett van, valamint nem hajlamos oktaéderes vagy síknégyzetes elrendeződésre, nem fér bele a porfirin koordinációs üregébe, hanem annak síkja felett helyezkedik el, és kupolásan torzítja azt, síkon kívüli (out-of-plane=p vagy sitting-atop=sat) komplexek keletkeznek. [2] A porfirin támadhatóbbá válik a felület másik oldalán, így bonyolultabb szendvicsszerkezetek is kialakulhatnak. Ezen kívül a SAT komplexek termodinamikai stabilitása és kinetikai inertsége kisebb, mint a normál metalloporfirineké, ezért utóbbiak katalitikus előállítására is alkalmasak lehetnek. [3] A lantanoida(iii) fémionok sugara pm között változik, az általam vizsgált szamárium(iii)ioné 8-as koordinációs számnál 107,9 pm. Így e fémionok alkalmasak a SAT porfirin-komplexek tulajdonságainak vizsgálatára. A komplexek kialakulása spektrofotometriásan követhető. A fémion porfirinbe épülése lassú a stabil akvakomplexek disszociációja miatt, vagyis a porfirin-komplex képződése fémion-kontrollált. [4] Munkánk célja volt a szamárium(iii)-porfirinek képződésének vizsgálata kloridos, perklorátos és acetátos közegben az ionerősség, a fém- és porfirin-koncentráció, valamint a hőmérséklet változtatásával. A szamárium(iii)-monoporfirin komplex kialakulását acetátionos, kloridos, glikolos és etanolos közegben tanulmányoztam, mivel ezen molekulák a központi fémionhoz axiálisan kötődve gátolták még egy porfirin koordinálódását. Megállapítottuk, hogy kétfogú (acetátion és glikol) ligandum esetén az első koordinációja lassítja a komplexálódást a nonaakva-szamárium(iii)-hoz képest, majd szerkezeti változásnak köszönhetően (a 9-es koordinációs szám 8-asra csökken) a második molekula kapcsolódása már növeli a sebességet. Az acetátion esetében ehhez hozzájárul a töltéscsökkenéssel járó aktivitási koefficiens-növekedés is. A harmadik ligandum koordinációja pedig sztérikus gátlás miatt csökkentette a sebességet. Az egyfogú kloridion és etanol mellett már az első ligandum kötődése növeli a makrociklusba épülést, transz-hatásuknak köszönhetően gyorsítják a szemközti, koordinálódott vízmolekulák cseréjét. A kloridion esetében szintén további gyorsulást okoz a töltéscsökkenéssel járó aktivitási koefficiens-növekedés. Ez viszont csak magas, 1 M kloridion-koncentráció mellett következett be, mivel a kloridion kissé lágyabb karaktere révén nem erősen koordinálódó ligandum a fémion keménysége miatt. Az axiális koordináció következtében döntően monoporfirin-komplex keletkezett. Azonban kis klorid-koncentráció mellett (0,01 és 0,1 M) a színképen egyértelműen látszott, hogy többporfirines rendszer jött létre. Ezen kívül a biszporfirin-komplexet perklorátos közegben tudtuk alaposabban tanulmányozni. 135

136 A komplexképződésnek a fémionra vonatkozó rendűségét vizsgálva arra a következtetésre jutottunk, hogy a szamáriumion vizes oldatban oligomerek formájában van jelen, melyekből a porfirinbe épülni képes monomerek egy előegyensúlyi lépésben disszociáció révén képződnek. Ebből az eloszlásszerű változásból meg tudtuk határozni a monomer fémion beépülési sebességi állandóját az oligomerek lépcsőzetes stabilitási állandóin keresztül. Az oligomerizációs hajlam kloridos közegben a legerősebb, aztán a perklorátosban, s a leggyengébb az acetátosban. Magasabb hőmérsékleteken mindhárom közegben nagy aktiválási entalpiaváltozásértékeket kaptunk, melyekből megállapítható,, hogy az alkotók szerkezeti változása jelentős, tehát a porfirinváz torzulása is szerepel a sebesség-meghatározó lépések kombinációjában. Az aktiválási entrópiaváltozás negatív értéke pedig megerősítette, hogy a komplexálódás asszociatív módon megy végbe. Alacsonyabb hőmérsékleten azt tapasztaltuk, hogy a szamárium(iii)ion a porfirin szulfonáto-csoportjához kötődött, és nem a koordinációs üregéhez, aminek következtében a szabad porfirin oligomerjei farok-farok kapcsolattal alakultak ki fémion-hidakon keresztül. Ez a folyamat szintén asszociatív. Mindebből arra következtettünk, hogy a hőmérséklettel befolyásolható, melyik koordinációs helyre épüljön a fémion. Eddigi vizsgálataink alapján összességében elmondható, hogy a porfirinváz torzulása, a fémion stabil akvakomplexeinek, oligomerjeinek elődisszociációja, valamint a fémion és a ligandum asszociációja együtt alkotja a sebességmeghatározó lépést. Az összetett egyensúlyi rendszer teljes kinetikai leírását a ZITA nevű program használatával tudtuk megvalósítani. A munkát a TÁMP A-11/1/KNV és az TKA NN projekt támogatta. [1] W.-K. Wong, X. Zhua, W.-Y. Wong; Coordination Chemistry Reviews, 2007 (251) [2]. Horváth, R. Huszánk, Zs. Valicsek, Gy. Lendvay; Coordination Chemistry Reviews, 2006 (250) [3] P. Hambright, Coordination Chemistry Reviews, 1971 (6) [4] M.P. Kiss, M. Imran, Cs. Szentgyörgyi, Zs. Valicsek,. Horváth; Inorganic Chemistry Communications, 2014 (48)

137 A RÉZ-EFFLUX SZABÁLYZÓ CUER FEHÉRJE FÉMKÖTŐ SZAKASZÁT UTÁNZÓ PEPTIDEK KÖLCSÖNHATÁSA RÉZ(I)INNAL Mesterházy Edit Éva SZTE Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 7. A fémionok fontos szerepet töltenek be az élő szervezetek biokémiai folyamataiban. Köszönhetően változatos kémiai tulajdonságaiknak az élő szervezetben számos funkciót képesek betölteni, kezdve a szerkezet molekuláris szintű stabilizálásától az elektrontranszferen át egészen az enzimatikus folyamatokban való részvételig. Mivel a létfontosságú fémionoknak mind a hiánya, mind a feleslege káros a sejtek számára, ezért a fémion-háztartás szigorú kontroll alatt ál, amit a baktériumokban kiterjedt szabályzó és fehérjekódoló rendszer tart fenn. Ennek a rendszernek az egyik eleme a MerR fémionszabályzó fehérjék családjába tartozó CueR réz-efflux szabályzó fehérje. A CueR egy transzkripciós faktor, mely Cu(I)ionok jelenlétében olyan fehérjék kifejeződését indukálja, amelyek a Cu(I) felesleget csökkenteni képesek. Azonban a fehérje fémion felismerésének pontos mechanizmusa még nem teljesen feltárt. Az már régóta ismert tény, hogy a CueR egyértékű fémionok jelenlétében aktív, azonban azt nem tudni, hogy a genetikai válasz miért marad el a többértékű fémionok jelenlétében. [1] A CueR működésének pontosabb megismerése érdekében három, a CueR fehérje fémkötő szakaszát modellező peptid kölcsönhatását vizsgáltuk Cu(I)ionnal. A három peptid közül kettő megegyezik az E. Coli (Ac-ACPGDDSADCPI-NH 2; EC) valamint a V. Cholerae (Ac-SCPGDQGSDCPI-NH 2; PP) baktérium CueR fehérjéjének fémkötő szakaszával. A harmadik pedig a PP peptid variánsa, ahol a prolinokat egy szerinre és egy hisztidinre cseréltük ki (Ac-SCHGDQGSDCSI-NH 2; HS). A peptidek közös tulajdonsága, hogy két ciszteint tartalmaznak, melyek a fémion megkötésért felelősek. 1. ábra A vizsgált peptidek sematikus szerkezete A kísérleti munka során különös figyelmet kellett arra fordítani, hogy mind a Cu(I)ion, mind a peptidek érzékenyek az oxidációra. Ezért szigorúan oxigénmentes 137

138 körülményeket kellett biztosítani és a kísérleteket ún. glove-box -ban végeztük. A komplexképződést UV-látható, CD és 1 H NMR spektroszkópával, valamint ESI-MS módszerrel vizsgáltuk, amikor is a peptidek oldatát Cu(I) ionokkal titráltuk ph = 7,4-en, azaz a Cu(I)ionok oldatából mindig adott mennyiségeket adtunk a ligandumok oldataihoz. A komplexek stabilitási állandóit kompetíciós reakciókkal határoztuk meg, melyeket UV- Vis spekrtoszkópiával követtünk. 2. ábra A HS Cu(I) rendszerben felvett UV-Vis spektrumok és az abszorbancia változása három kiválasztott hullámhosszon a fémion-ligandum arány függvényében [chs = 33,9 µm; foszfát puffer (c = 20 mm; ph = 7,4)] [Cu(I)] Az UV-Vis spektrumokon λ = 260 nm-nél megfigyelhető a tiolát Cu(I) kölcsönhatásra jellemző töltésátviteli sáv, ahol az abszorbancia a fémion hozzáadásának hatására növekszik egészen addig, míg a [Cu(I)]/[peptid] arány el nem éri a ~1,4 értéket. Ez arra utal, hogy a teljes komplexálódáshoz Cu(I) felesleg szükséges. A spektrumokon kisebb energiáknál újabb sávok figyelhetők meg, melyek többmagvú klaszter részecskék kialakulására utalnak. 3.ábra A három Cu(I) peptid rendszerben 1:1 Cu(I)-ligandum aránynál mért CD spektrumok összehasonlítása[cpeptid ~ 80 µm; foszfát puffer (c = 20 mm; ph = 7,4)] Az UV-Vis spektrumokhoz hasonlóan a CD spektrumokon is megfigyelhető a karakterisztikus tiolát Cu(I) töltésátviteli sáv a Cu(I) hozzáadásának hatására. 1:1 fémionligandum arányig az ellipticitás lineárisan növekszik. Ez, és az izodichroikus pontok jelenléte egymagvú komplexek képződésére utal. A peptidhez képest 1 ekvivalens Cu(I) 138

139 felett a spektrumok megváltoznak és többmagvú részecskék képződése figyelhető meg. A három peptid 1:1 Cu(I)-ligandum összetételű oldataiban felvett spektrumát összehasonlítva megfigyelhető, hogy az EC és PP egymagvú komplexének hasonló a spektruma, míg a HSé ettől jelentősen eltér. Ez egyrészt magyarázható a prolinok hiányával, mert ezek nélkül a peptid flexibilisebb, könnyebben ki tud alakítani a réz(i)-nek jobban megfelelő koordinációs geometriát, valamint egy másik lehetséges magyarázat a hisztidin oldallánc koordinálódása, amit a 1 H NMR spektrumok is megerősítenek (ábrán nem szerepel). Az 1:1 összetételű komplexek stabilitását két kompetitor, a BCS (bathocuproin disulfonate) és a kisebb affinitású BCA (bicinchonate anion) segítségével határoztuk meg. A BCS túl nagy %-ban tudta elvonni a Cu(I)iont a peptidektől, ezért a BCA-val meghatározott látszólagos stabilitási állandókat fogadtuk el, melyeket az 1.táblázat foglal össze. Látható, hogy az EC peptidnek valamelyest kisebb az affinitása a Cu(I)ionhoz a másik két peptidhez képest. Ezt azzal magyarázhatjuk, hogy ebben a peptidben három aszparaginsav oldallánc is található míg a másik kettőben csak kettő és ezek között nagyobb elektrosztatikus taszítás lép fel a komplexképződés során. A HS nagyobb affinitására magyarázat lehet, hogy a prolinok nélkül kedvezőbb szerkezetet tud kialakítani, de emellett a hisztidin koordinálódása is szerepet játszhat a jelentősebb stabilitásban. 1. táblázat A peptidek Cu(I)ionokkal való kölcsönhatását ph = 7,4-nél jellemző látszólagos stabilitási állandók Peptid lgk EC 15,0(2) PP 15,6(1) HS 16,1(2) Vizsgálatainkkal megállapítottuk, hogy a peptidek nagy stabilitású komplexeket képeznek a Cu(I)ionnal 1:1 [Cu(I)]/[peptid] arányig a két cisztein tiolát, illetve a HS esetében a hisztidin oldallánc koordinációja révén. Az ekvimoláris összetétel felett pedig többmagvú részecskék (klaszterek, oligomerek) képződnek. Köszönetnyilvánítás A projekt a TÁMP-4.2.4B/2-11/ Nemzeti Kiválóság Program - Campus Hungary K+F projektekhez és képzési programokhoz kapcsolódó, nemzetközi hallgatói mobilitás személyi támogatási rendszerének fejlesztése konvergencia program című program keretei között valósult meg. [1] A. Changela, K. Chen, Y.Xue, J. Holschen, C.E. utten, T. V. Halloran, A. Mondragón; SCIENCE 2003 (301)

140 MEZPÓRUSS Ti2 VÉKNYRÉTEGEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA Patocskainé Kunsági Éva 1, Dr. Hórvölgyi Zoltán 1, Albert Emőke 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, H-1111 Budapest, Budafoki út 6-8. A mezopórusos vékonyrétegek napjainkban egyre nagyobb népszerűségnek örvendenek, mivel számos területen alkalmazhatók: pl. szabályozott hatóanyag-leadásra alkalmas gyógyszerbevonatok, szerves napelemek antireflexiós bevonatai vagy aktív rétegei, ill. különböző pórusos membránok. Munkánk során mezopórusos Ti 2 vékonyrétegeket állítottunk elő különböző templátok (kationos és nemionos tenzidek, CTAB, Pluronic P123, Pluronic PE10300) segítségével, és összehasonlítottuk ezek tulajdonságait a kompakt Ti 2 bevonatokkal. Az előállított vékonyrétegek optikai tulajdonságait (törésmutató, rétegvastagság, porozitás) UV-Vis spektrofotometriás mérések alapján optikai modell illesztések segítségével becsültük (l. táblázat). A pórusrendszerek tulajdonságait SEM és ellipszo-porozimetriás mérésekkel is jellemeztük. A hőkezelt vékonyrétegek pórusaiba különböző módszerekkel (inkubálás és interkalálás) ezüstöt vittünk be (antibakteriális hatás). XPS mérések segítségével megállapítottuk, hogy a bevitt ezüst nagy része oxidált állapotban (Ag +, Ag 2+ ), míg kisebb hányada fémes formában (Ag 0 ) van jelen. 1. ábra: A vizsgált vékonyrétegek jellemzői (UV-Vis spektrofotometriás mérések alapján). Vékonyréteg típusa Törésmutató [-] Vastagság [nm] Porozitás [%] Kompakt Ti 2 1,961 ± 0, ± 3 20,6 ± 2,2 Ti 2/Pluronic P123 1,550 ± 0, ± 8 48,1 ± 1,4 Ti 2/Pluronic PE ,634 ± 0, ± 2 41,7 ± 0,6 Ti 2/CTAB 1,610 ± 0, ± 1 42,5 ± 2,4 Inkubációs kísérleteinkben modell vegyületek felszívódását, vagyis az anyagtranszportot modelleztük. Ez a gyógyszerbevonatok esetében rendkívül fontos, hiszen a szabályozott hatóanyag-leadás mellett a hatóanyag bejuttatásakor lejátszódó folyamatokat, és az ezeket befolyásoló tényezőket is ismernünk kell. Kísérleteinkben a következő paraméterek hatását vizsgáltuk: bemerítés, ill. kihúzás sebessége, többszöri bemártás hatása, az oldószer anyagi minőségének változtatása, az inkubálás időtartama, valamint a színezék oldat koncentrációja. Vizsgálataink eredményeiből arra következtethetünk, hogy a Ti 2/Pluronic PE10300 típusú bevonatok alkalmasak lehetnek szabályozott hatóanyag-transzport megvalósítására. Egy további, jelentős alkalmazási lehetőség a víztisztító membránokban történő felhasználás, ahol legtöbbször a Ti 2 fotokatalitikus aktivitását használják ki. Ennek jellemzésére vizsgálataink során modell vegyületek UV fény hatására történő bomlását vizsgáltuk meg az általunk előállított vékonyrétegeken. A Ti 2/Pluronic PE10300 típusú bevonatoknál jelentős fotokatalitikus aktivitást tapasztaltunk, amit az ezüst jelenléte 140

141 egyértelműen megnövelt. Így szennyvíztisztító membránokban is alkalmazható, multifunkcionális membránt tudunk létrehozni, amely egyszerre fizikai (szűrés), kémiai (szerves szennyezők fotokatalitikus lebontása) és biológiai (antibakteriális hatás) víztisztításra is képes. Köszönetnyilvánítás: A munkához anyagi támogatást nyújtott az Új Széchenyi Terv (Társadalmi Megújulás peratív Program, TÁMP 4.2.1/B-09/1/KMR ), és a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség (magyarfrancia bilaterális TÉT pályázat, PHNSEL, TéT_ , és magyar-román bilaterális TÉT pályázat SLGELCR, TÉT_12_R ). 141

142 [H, C, N, SE]-IZMEREK VIZSGÁLATA MÁTRIXIZLÁCIÓS SPEKTRSZKÓPIÁVAL Vörös Tamás 1, Dr. Tarczay György 1 1 ELTE TTK Szervetlen Kémiai Tanszék, Molekulaspektroszkópiai Laboratórium A [H, C, N, ]-rendszerek kémiájának vizsgálata mely többek között a kémia egyik alapvető fogalmának, az izomériának megismeréséhez vezetett el évtizedek óta kutatott terület. A reaktív részecskék tanulmányozására is kiválóan alkalmazható mátrixizolációs (MI) technika kifejlesztésével a kutatók érdeklődése a homológok előállítására is kiterjedt. Mára több [H, C, N, ]-, illetve [H, C, N, S]-izomert is ismerünk, melyek a csillagközi tér fizikai és kémiai állapotának jellemzésében betöltött szerepük miatt jelentősek. A homológ sor következő tagjának, a [H, C, N, Se]-izomereknek a családjából eddig csak két izomerről, a HNCSe-ről és a HCNSe-ről vannak kísérleti adatok. Munkám célja [H, C, N, Se]-izomerek előállítása és vizsgálata volt. Ezeknek a rendkívül reaktív izomereknek az előállítása és szélesebb körű megismerése hozzájárul a periódusos rendszeren belüli tendenciák feltérképezéséhez, mélyebb megértéséhez is. Munkám során először kvantumkémiai számításokat végeztem az egyes izomerek szerkezetének, relatív energiájának, valamint IR-, Raman- és UV-spektrumának meghatározása céljából. Ezek ismeretében elsőként az irodalomban megtalálható módszert követve reprodukáltam a HNCSe előállítását, majd az irodalmi MI IR-spektrum asszignációjának pontosítását követően áttértem a kiindulási anyag fotolízisének vizsgálatára. A számított UV-spektrum alapján feltételezhető volt, hogy a kiindulási anyag szelektív, 260 nm körüli fotolízisével előállíthatóak új izomerek, melyek szélessávú UVfényre bomlanak. A HNCSe:Ar mátrix 254 nm-es fotolízisekor a kiindulási HNCSe molekula sávjainak intenzitás csökkenésével párhuzamosan több új sáv megjelenését is tapasztaltam az IR-spektrumban, melyek egy része a vártaknak megfelelően szélessávú UV-fény hatására eltűnt. Ezek közül a legintenzívebb három sáv 2065,2, 839,8 és 595,3 cm 1 értéknél jelent meg. Összevetve ezeknek a sávoknak a mért hullámszám és intenzitás értékét a számított eredményekkel, azok egyértelműen hozzárendelhetők egy új izomerhez, a HSeNC-molekulához. Ezeket a vizsgálatokat elvégeztem a deuterált származékkal is. A kapott eredmények megerősítették azt, hogy sikeresen előállítottam a korábban nem ismert HSeNC-izomert. A számított UV-spektrum kísérleti reprodukciójára több kísérletet is tettem, melyek közül tömény mátrix alkalmazása során sikerült felvennem a HNCSe UV-spektrumát is. A fenti munka eredményeit összefoglalva elmondható, hogy sikerült a [H, C, N, Se]- rendszerekről egy elméleti összefoglalást adni, valamint a HNCSe- és DNCSe-molekula előállítása mellett egy új [H, C, N, Se]-izomert, a HSeNC-molekulát és ennek deuterálts származékát is előállítani. Számításaink szerint további izomerek más módszerekkel, például MI Raman-spektroszkópiával mutathatók ki. [1] T. Vörös, G. Bazsó, Gy. Tarczay; Journal of Physical Chemistry, 2013 (117)

143 NÍVÓDÍJAS ELŐADÁSK SZEKCIÓJA II. 143

144 L-TREITL ALAPÚ KIRÁLIS KRNAÉTEREK ELŐÁLLÍTÁSA, MNSZACHARID ALAPÚ MAKRCIKLUSKKAL MEGVALÓSÍTTT ENANTISZELEKTÍV REAKCIÓK VIZSGÁLATA Démuth Balázs, Rapi Zsolt, Bakó Péter Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8. Az enantiomertiszta anyagok előállításának egyik korszerű módja az aszimmetrikus katalízis. A katalitikus folyamat lehet kétfázisú, ebben az esetben fázistranszfer katalizátorként királis koronaéterek is alkalmazhatók, ekkor gyakran enyhe körülmények között lehet végrehajtani reakciókat, és végeredményként valamelyik enantiomer feleslegben keletkezhet. A monoszacharidok kiváló alapanyagnak bizonyultak ilyen makrociklusok előállítására, mivel olcsók, sok átalakítható funkciós csoporttal és nagyfokú kiralitással bírnak. A segítségükkel előállított optikailag aktív termékek többnyire nagy preparatív jelentőséggel rendelkeznek. Kutatómunkám során L-treitol alapú koronaétereket szintetizáltam dietil-ltartarátból kiindulva. A többlépéses szintézisek eredményei az ábrán látható 15-monoaza-5 (1) és 17-monoaza-5 (2) típusú lariát éterek, melyek nitrogén atomján 3-hidroxipropil és 3- metoxipropil oldalkar található. 1a R 1 = Me; R 2 = H 2a R = H 1b R 1, R 2 = Me 2b R = Me 1c R 1 = Bn; R 2 = H Az L-treitol alapú koronaéterek hatásos fázistranszfer katalizátornak bizonyultak az alábbi négy modellreakcióban: 1, 2-Nitropropán transz-kalkonra történő addíciója 1. ábra

145 A termék optikai tisztasága a különböző koronaéterek esetén: 1a 86% ee; 1b 67% ee; 1c 75% ee; 2a 0% ee; 2b 0% ee. 2, Dietil-acetamidomalonát addíciója β-nitrosztirolra 2. ábra A termék optikai tisztasága a különböző koronaéterek esetén: 1a 58% ee; 1b 33% ee; 1c 93% ee; 2a 19% ee; 2b 12% ee. 3, α-klóracetofenon és benzaldehid Darzens-kondenzációja 3. ábra A termék optikai tisztasága a különböző koronaéterek esetén: 1a 33% ee; 1b 18% ee; 1c 27% ee; 2a 8% ee; 2b 4% ee. 4, Transz-kalkon epoxidációja 4. ábra 3 11 A termék optikai tisztasága a különböző koronaéterek esetén: 1a 55% ee; 1c 68% ee; 2a 11% ee. Az általam előállított koronaéterek minden esetben bizonyos mértékű aszimmetrikus indukciót váltottak ki, melyek néhány esetben megközelítik a kutatócsoportban korábban előállított, eddigi leghatásosabb 12 glükóz alapú koronaéterrel elért eredményeket. 145

146 12 Munkám másik részében aszimmetrikus Michael-addíciókat tanulmányoztam. Vizsgáltam az egyes szubsztituensek hatását a termelésre, a reakcióidőre és az enantioszelektivitásra. Fázistranszfer katalizátorként a 12 glükóz alapú makrociklust használtam. [1] 5. ábra 6,13a-g 7,14a-e 8, 15a-l A reakciók eredményeit az 1. táblázat foglalja össze. 1. táblázat: β-nitrosztirol-származékok reakciója helyettesített dietil-malonátokkal R 1 R 2 Termék Reakcióidő (h) Termelés (%) ee (%) C 6H 5 Me 15a Me-C 6H 4 Me 15b Me-C 6H 4 Me 15c Me-C 6H 4 Me 15d N 2-C 6H 4 Me 15e N 2-C 6H 4 Me 15f N 2-C 6H 4 Me 15g furán-2-il Me 15h C 6H 5 NHAc [2] C 6H 5 H 15i C 6H 5 Ac 15j C 6H 5 Bu 15k C 6H 5 Br nem lehetett a megfelelő terméket izolálni 146

147 Dietil-brómmalonáttal az eddigiekhez hasonló adduktot nem sikerült izolálni, de 1 H NMR spektroszkópiával bizonyítottuk, hogy az alábbi reakció ment végbe: 6. ábra 6 14e 16 A reakció során 4 sztereoizomer képződésére van lehetőség. Az irodalmi és a saját 1 H NMR csatolási állandók alapján a transz izomerek képződtek, de az anyag optikailag inaktív volt. Ezért megpróbáltam egy hasonló, de egy sztereogén centrummal rendelkező adduktot előállítani. Ennek érdekében a benzaldehid és malonsav-dinitril Knoevenagelkondenzációjából keletkező Michael-akceptort (17) reagáltattam dietil-brómmalonáttal (7. ábra). 7. ábra 17 14e 18 A 18 adduktot az irodalom szerint eddig csak racém formában állították elő. A reakció során képződő termék optikai aktivitást mutatott, tehát a koronaéter hatásos enantioszelektív fázistranszfer katalizátor volt. A reakciót két másik, eltérő csoportokkal szubsztituált benzilidén-malonitril származékkal is elvégeztem, azonban a szubsztituáló csoportok negatív hatással voltak az aszimmetrikus indukcióra. 8. ábra 17, 19a-b 14e 18, 20a-b A reakciók eredményeit a második táblázat foglalja össze: 2. táblázat: Benzilidén-malonitril-származékok és dietil-brómmalonát Michael-addíciói R Termék Reakcióidő (h) Termelés (%) ee (%) H Me 20a N 2 20b

148 A korábban elvégzett Michael-addíciók alapján várható volt, hogy az elszegényített kettős kötést tartalmazó kalkon-származékok és CH-savas dietil-malonátok reakciójában a monoszacharid alapú koronaéterek hatásos enantioszelektív fázistranszfer katalizátorok lesznek. A megfelelő vegyületeket optimalizált körülmények között reagáltattam, szintén a glükóz alapú 12 katalizátor jelenlétében. 9. ábra 3, 21a-d 7, 14a, 15j 22a-g Az elvégzett Michael-addíciók eredményeit a 3. táblázat foglalja össze: 3. táblázat: Transz-kalkon származékok és szubsztituált dietil-malonátok Michaeladdíciói R 1 R 2 Termék Reakcióidő (h) Termelés (%) ee (%) H NHAc 22a 220* H Me 22b 160* H Ac 22c 170* N 2 Ac 22d ** 72 3-N 2 Ac 22e N 2 Ac 22f Cl Ac 22g *: a konverzió nem volt 100% **: a fajlagos forgatást nem lehetett megmérni ptikai forgatásmérés: c = 1, CHCl 3 Enantiomerfelesleg meghatározása: királis HPLC alapján Az eredményekből láthatjuk, hogy a termékek általában nagy enantiomerfelesleggel és jó termeléssel keletkeztek. A legnagyobb optikai tisztaságot a szubsztituálatlan kalkon és a dietil-acetoximalonát reakciójában mértük, a kalkon aromás gyűrűjén lévő szubsztituensek itt is rontották az enantioszelektivitást. Irodalomjegyzék [1] Zs. Rapi, B. Démuth, Gy. Keglevich, A. Grűn, L. Drahos, P. L. Sóti, P. Bakó, Tetrahedron: Asymmetr., 2014, 25 (2), [2] P. Bakó, Zs. Rapi, Gy. Keglevich, T. Szabo, P. L. Sóti, T. Vigh, A. Grűn, T., Tetrahedron Lett., 2011, 52 (13),

149 SZTERÁNVÁZAS JÓDALKÉN PALLÁDIUM-KATALIZÁLT DIASZTERESZELEKTÍV AMINKARBNILEZÉSE Mikle Gábor 1 1 Pécsi Tudományegyetem Természettudományi Kar, Szervetlen Kémia Tanszék 7624, Pécs, Ifjúság útja 6. A szteroidok a szintetikus kémia fontos alapkövei, melyeket nagy mennyiségben használ fel a gyógyszeripar hormonális készítmények hatóanyagainak előállításakor kiindulási vegyületként. Számos sztereogén centrumot tartalmaznak, ennél fogva a sztereokémiai jellegű alapkutatásokban is széles körben alkalmazott modellvegyületek. A különböző alapvázak átalakításában így az általam is alkalmazott androsztánszármazékok esetében is a hagyományos reakciók mellett a homogénkatalitikus reakciók is előnyösen alkalmazhatók. [1-2] A homogén katalizátorok szerkezete általában egyszerűen módosítható. Az azonos központi fémet, de koordinációs szférájában más ligandumot tartalmazó katalizátor-komplexek általában eltérő katalitikus sajátságokkal bírnak. Mivel a különböző donoratomokat (P, N, As,, S, stb.) tartalmazó (potenciális) ligandumok száma gyakorlatilag végtelen, a katalizátorok száma is hihetetlen mértékben megnőtt. A különféle katalizátorok előállításával és azok további módosításával, finom-hangolásával lehetőség nyílik az adott vegyület (szubsztrátum) átalakításához, az adott feladat megoldásához legalkalmasabb rendszer kiválasztására ( taylor-made-catalyst ). Szerves kémiai reakciók mellett egyre nagyobb szerepet kapnak az átmenetifém-katalizált homogénkatalitikus reakciók. Ezen reakciók előnyösen alkalmazhatók, mert a reaktánsok és a katalizátor azonos fázisban helyezkednek el, így a katalizátorként használt átmenetifém minden atomja (potenciális) katalitikus aktivitással bír. Ily módon a homogén katalizátorok általában nagyobb aktivitásúak, mint az ugyanolyan átalakulásban alkalmazott heterogén katalizátorok. Az alapvázak új funkciós csoportjainak kiépítése is leegyszerűsödött. Az általam is alkalmazott aminokarbonilezési reakcióval a karbonsavamidok szintézisére új utak nyíltak meg, karbonsav-kloridok helyett jó távozó csoportot tartalmazó telítetlen vegyületekből egy lépésben előállítható a kívánt karbonsavamid. [3] A homogénkatalitikus reakciók előnyösen alkalmazhatók szteroidok funkcionalizálására is. [4] Diplomamunkámban egy alapkutatási szempontból jelentős alapkérdéssel foglalkoztam. Azt vizsgáltam, hogy szteroid binaftil konjugátumok előállítása esetén megfigyelhető-e valamilyen mértékű sztereoszelektivitás a centrális kiralitáselemeket tartalmazó, enantiomer-tiszta szteroid és az axiális kiralitáselemet tartalmazó, racém diamino-binaftil aminokarbonilezési reakciójában. Kutatómunkám során a jódalkén szerkezeti egységet tartalmazó szteránvázas vegyület (17-jód-androszta-16-én, 1) aminokarbonilezési reakcióját vizsgáltam. N- Nukleofilként axiális kiralitáselemet tartalmazó 2,2'-diamino-1,1'-binaftilt (2) alkalmaztam. Munkám során a 2,2 -diamino-1,1 -binaftillal végzett aminokarbonilezés során első ízben szintetizáltam axiális kiralitáselemet tartalmazó binaftil és centrális kiralitáselemeket tartalmazó szteroid konjugátumát. A keletkezett mono- (3) és diamid (4) mindkét epimerjét nagy tisztaságban előállítottam. 149

150 1.ábra 17-Jód-androszta-16-én aminokarbonilezése 2,2'-diamino-1,1'-binaftillal Megállapítottam, hogy az általam alkalmazott különböző reakciókörülmények (különböző oldószer, foszfin ligandum, katalizátor prekurzor) mellett mindig számolnunk kell dikarbonsavamid keletkezésével. A diasztereoszelektív aminokarbonilezési reakcióban döntően a szteroid irányító hatása érvényesül; racém 2,2'-diamino-1,1'-binaftilt alkalmazva minden esetben nagyobb mennyiségben keletkezik az (S ax) monoamid (vagy diamid) epimer. A fenti szteroid binaftil konjugátumok szintézisének és nagyműszeres analitikai vizsgálatának kidolgozása szilárd alapot biztosít egyrészt további, lehetséges 5-reduktáz inhibitor hatású, karbonsavamid funkciós csoportot tartalmazó szteroidok szintéziséhez, másrészt az aminokarbonilezési reakciók mechanizmusának alaposabb feltárásához. [1] R. Skoda-Földes, L. Kollár; Current rganic Chemistry, 2002 (12) [2] A. Brennführer, H. Neumann, M. Beller; Angewandte Chemie International Edition, 2009 (48) [3] Á. Kuik, R. Skoda-Földes, J. Balogh, L. Kollár; Journal of rganometallic Chemistry, 2005 (690) [4] R. Skoda-Földes, L. Kollár; Chemical Reviews, 2003 (103)

151 A FLYAMATS ÁRAMLÁSS KÉMIA ALKALMAZÁSA ÚJ, KIRÁLIS HPLC SZLPK ELŐÁLLÍTÁSÁRA Németh Tamás 1, Lévai Sándor 2, Kupai József 1, Túrós György 3, Tóth Tünde 1, Balogh György Tibor 2, Huszthy Péter 1 1 BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111, Budapest, Szent Gellért tér 4. 2 Richter Gedeon Nyrt., Szintézistámogató Laboratórium, 1103, Budapest,Gyömrői út Richter Gedeon Nyrt., Gyógyszerkémia Laboratórium II., 1103, Budapest,Gyömrői út Napjainkban széleskörű tudományos érdeklődés irányul a különböző királis vegyületek enantiomerjeit szelektíven felismerő szenzormolekulák, valamint az ezek elválasztását is lehetővé tevő szelektormolekulák kialakítására. A szenzor- és szelektormolekulák szelektív komplexképző tulajdonságai a molekuláris felismerés jelenségén alapulnak, mely utóbbi alatt azt értjük, amikor egy molekula az azt körülvevő halmazból képes szelektíven kiválasztani egy másik molekulát vagy iont, és azzal rendezett szerkezetet alkot. Ennek szemléletes példái a DNS kettős csavarjának kialakulása, az immunrendszer alapját képző antitest antigén kölcsönhatás, a szubsztrát, inhibítor és koenzim specifikus kapcsolódása az enzim aktív centrumához, a természetes ionhordozók szelektív fémion megkötő képessége és transzportja a biológiai membránokon keresztül, valamint az egyféle konfigurációjú aminosavak és cukrok beépülése és lebomlása a metabolizmus során. A molekuláris felismerést korábban kizárólag biológiai jelenségnek tartották, de az utóbbi évtizedek eredményei azt mutatják, hogy ez a jelenség kiterjeszthető az élettelen természetre is. A kezdetben csak a fémionok komplexálását célzó makrociklusok előállítására és tanulmányozására irányuló kutatás később kiterjedt a szerves kationok, anionok, illetve semleges molekulák komplexálására alkalmas makrociklusok szintézisére is. Ezt a kutatási területet ma szupramolekuláris kémiának hívják. A molekuláris felismerés egyik speciális fajtája az enantiomerfelismerés, mely során a királis gazdamolekula eltérő kölcsönhatásba lép a vendégmolekula enantiomerjeivel. A koronaéterek szilárd fázishoz való rögzítése, a királis állófázis kialakulása révén, biztosítja a makrociklus szelektivitását a komplexképzésben, valamint az immobilizálás csökkenti a koronaéterek toxicitását is. Immobilizálva a makrociklusok használhatók szenzormolekulaként, így alkalmasak fémionok meghatározására vizes oldatokból potenciometriás [1,2] és optikai módszerekkel, [3-5] illetve enantiomerkoncentráció-mérésre. [6,7] Szelektormolekulaként alkalmasak fémionok elválasztására, [8,9] fémionok koncentrálására híg vizes oldatból, [10] továbbá optikailag aktív származékaik szilárd hordozóhoz kötve használhatók racém protonált primer aralkil-aminok enantiomerjeinek elválasztására is. [11-13] A vegyipari és gyógyszeripari fejlesztések költségesek, anyag- és időigényesek, ez pedig nagy környezetterhelést jelent, valamint a termékek csak sokéves fejlesztés után jutnak a piacra. [14,15] Emiatt az ipar folyamatosan igényli az olyan új technológiák megjelenését, amelyek ezeket a hátrányokat csökkentik, esetleg kiküszöbölik. Jelenleg a vegyipari alapanyaggyártás szakaszos reaktorokban történik, számos berendezés szükséges az egyes munkafolyamatok elvégzésére (reaktor, szűrő, centrifuga, szárító, oldószertároló 151

152 tartálypark, szerelvények), valamint a reaktánsok turbulens diffúzióval keverednek a reaktorban. A méretnövelés bonyolult számításokat és optimalizálást igénylő folyamat. A folyamatos áramlásos kémia alkalmazása egy megoldása lehet ennek a problémának, erre a technológiára épülő reaktorokban a reaktánsok lamináris diffúzióval keverednek, a reakciósebesség jelentősen növelhető, így utat nyithat új originális, szabadalomképes, gyógyszerszerű vegyületcsaládok előállítása felé. Könnyebben és gyorsabban elvégezhetővé válnak a hagyományos kémiával nehéznek és időigényesnek tartott reakciók, valamint a méretnövelés ideje is számottevően csökkenhet, ami kedvezően hat a fejlesztési költségekre. [16,17] Kutatócsoportunkban célul tűztük ki egy új, akridin egységet tartalmazó enantiomertiszta koronaéter szelektormolekula alapú királis állófázis előállítását az áramlásos kémia alkalmazásával (1-2. ábra). A királis állófázis enantiomer-szelektivitását racém szerves primer aminok és sóik enantiomerjeinek elválasztásán keresztül vizsgáltuk nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia segítségével (3-4. ábra, 1-2. táblázat), mivel az erre alkalmas módszerek közül ez bizonyult eddig a leghatékonyabbnak és legpontosabbnak. [18-20] Az (R,R)-CSP-1 királis állófázis segítségével nagy szelektivitással és hatékonyan választottuk el a különböző királis vendégmolekulák (aminok és származékaik) enantiomerjeit (3-4. ábra, 1-2. táblázat). 1. ábra A vizsgált állófázis 2. ábra A szintézisút kulcslépése 152

153 3. ábra Az (R,R)-CSP-1 állófázis enantiomerelválasztó-képességénél vizsgált vendégmolekulák szerkezete 4. ábra Az (R,R)-CSP-1 állófázis alkalmazása racém protonált primer aminok enantiomerjeinek elválasztására 153

154 1. táblázat A királis állófázis enantiomerelválasztó-képességének vizsgálata Módszer Vizsgált vegyületek 1-NEA 2-NEA Br-PEA N2-PEA t (R) t (S) t (R) t (S) t (R) t (S) t (R) t (S) RS α RS α RS α [perc] [perc] [perc] [perc] [perc] [perc] [perc] [perc] RS α 1 12,00 21,50 2,85 1,79 14,04 24,76 2,89 1,76 10,15 18,42 2,95 1,82 5,68 9,03 1,56 1, ,72 18,67 1,54 1,74 13,69 25,46 2,53 1,86 10,66 20,13 2,11 1,89 6,24 10,26 1,51 1, ,13 22,96 1,82 2,06 14,04 26,77 3,34 1,91 11,55 24,27 2,70 2,10 7,27 12,73 1,53 1,75 4 8,06 10,67 1,63 1,32 9,03 12,19 2,21 1,35 7,37 10,24 2,30 1,39 4,49 6,00 1,39 1,34 5 6,75 12,56 2,06 1,86 7,99 14,08 3,05 1,76 6,59 12,12 2,64 1,84 4,07 6,07 1,24 1,49 6 6,91 12,87 2,53 1,86 8,09 14,31 3,31 1,77 6,98 13,23 3,41 1,89 4,83 7,54 1,36 1,56 2. táblázat A királis állófázis enantiomerelválasztó-képességének vizsgálata során alkalmazott eluens összetételek Módszer MeH : AcN = 2 : 8 Savas és bázikus módosítók mennyisége HCH TEA DEA [%] [%] [%] 1 0,08 0,16-2 0,08 0,12-3 0,08 0,08-4 0,08-0,12 5 0,08-0,08 6 0,12-0,08 A HPLC méréseket a Richter Gedeon Nyrt-ben végezték. A kutatást az TKA PD71910, PD és K81127 pályázatok támogatták. Irodalomjegyzék: [1] A. Seki, K. Motoya, S. Watanabe, I. Kubo; Analytica Chimica Acta, 1999 (382) [2] R. Bereczki, R. E. Gyurcsányi, B. Ágai, K. Tóth; Analyst, 2005 (130) [3] C. E. Reese, S. A. Asher; Analytical Chemistry, 2003 (75) [4] S. Nath, U. Maitra; rganic Letters, 2006 (8) [5] S. Y. Zaitsev, E. A. Varlamova, M. S. Tsarkova, I. N. Staroverova, K. A. Gogasov, S. P. Gromov, M. V. Alfimov, A. A. Turshatov, D. Möbius; Mendeleev Communications, 2006 (16)

155 [6] A. P. Thoma, A. Viviani-Nauer, K. H. Schellenberg, D. Bedekovic, E. Pretsch, V. Prelog, W. Simon; Helvetica Chimica Acta, 1979 (62) [7] Y. Yasaka, T. Yamamoto, K. Kimura, T. Shono; Chemistry Letters, 1980, [8] K. Yagi, M. C. Sanchez; Macromolecular Chemistry Rapid Communications, 1981 (2) [9] M. Nakajima, K. Kimura, T. Shono; Analityical Chemistry, 1983 (55) [10] M. G. Hankins, T. Hayashita, S. P. Kasprzyk, R. A. Bartsch; Analytical Chemistry, 1996 (68) [11] Z. Köntös, P. Huszthy, J. S. Bradshaw, R. M. Izatt; Tetrahedron: Asymmetry, 1999 (10) [12] M. H. Hyun; Bulletin of the Korean Chemical Society, 2005 (26) [13] T. Németh, S. Lévai, A. Kormos, J. Kupai, T. Tóth, Gy. T. Balogh, P. Huszthy; Chirality, 2014 (26) [14] N. Saha, I. H. Rinard; 4 th Int. Conf. on Microreaction Technology, IMRET 4, Atlanta, GA, March, [15] D. Reay, C. Ramshaw, A. Harvey; Process Intensification Engineering for Efficiency, Sustainability and Flexibility, Elsevier, Amsterdam, Netherlands, [16] S. C. Stouten, T. Noel, Q. Wang, V. Hessel; Australian Journal of Chemistry, 2013 (66) [17] V. Hessel; Chemical Engineering & Technology, 2009 (32) [18] G. Subramanian; Chiral Separation Techniques: A Practical Approach, 3 rd ed.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, [19] H. Y. Aboul-Enein, I. W. Wainer; The Impact of Stereochemistry on Drug Development and Use; Wiley-VCH: New York, NY, USA, [20] I. Ali, H. Y. Aboul-Enein; Chiral Pollutants: Distribution, Toxicity and Analysis by Chromatography and Capillary Electrophoresis; Wiley-VCH: Chichester, West Sussex, United Kingdom,

156 ÚJ, FLURTARTALMÚ FUNKCINALIZÁLT CIKLUSS β-aminsavszármazékk SZINTÉZISEI Remete Attila Márió 1, Dr. Kiss Loránd 1, Dr. Wölfling János 2 1 SZTE GYTK, Gyógyszerkémiai Intézet, 6720 Szeged, Eötvös u SZTE TTIK, Szerves Kémiai Tanszék, 6720 Szeged, Dóm tér 8. A gyűrűs β-aminosavszármazékok az elmúlt két évtizedben komoly érdeklődés tárgyát képezték. [1] Számos egyszerűbb képviselőjük jelentős bioaktivitást mutat, például az oxetin antibiotikum, illetve a gombaellenes hatású ciszpentacin és icofungipen. Ígéretesek biológiailag aktív β-peptidek építőelemeiként is. [2] A nagymértékben funkcionalizált gyűrűs β-aminosavak lehetséges gyógyászati jelentőségére is egyre több figyelem irányul. [3] A fluor nagy elektronegativitása és kompaktsága miatt a C-H C-F átalakítás nagymértékű változásokkal jár. Módosulhat a reakciókészség, a metabolizmus, a célponthoz való kötődés erőssége, a polaritás és a lipofilitás. Ezen változások gyakran előnyösek, emiatt a gyógyszermolekulák egyre nagyobb része fluorozott (jelenleg kb %-uk). [4] A fentiek eredményeképp egyre több figyelem irányul a fluorozott β-aminosavszármazékokra. Ez azonban főleg az alifás származékokra terjedt ki, a gyűrűsekről jóval kevesebb publikáció született. [5] Ezért kutatómunkánk során célul tűztük ki új, fluorozott, multifunkciós ciklusos β-aminosavszármazékok szintézisét korábban már előállított, hidroxilcsoportot is tartalmazó vegyületek dezoxifluorozásával. A folyamat kimenetele nagymértékben függött az H-hoz képest β-helyzetű funkciós csoporttól. N 3 CEt CEt CEt ( ) n CEt H ( ) n NHBoc n=1: (±)-1 n=0: (±)-5 H NHBoc N 3 N 3 H (±)-2 (±)-3 NHBoc NC NHBoc H n=1: (±)-4 n=0: (±)-6 N 3 CEt CEt CEt ( ) n CEt F ( ) n NHBoc n=1: (±)-7 n=0: (±)-16 F N 3 (±)-8 NHBoc (±)-9 NHBoc NC NHBoc n=1: (±)-13 n=0: (±)-17 [1] L. Kiss, F. Fülöp; Chemical Reviews 2014 (114) [2] E. A. Porter, B. Weisblum, S. H. Gellman; Journal of the American Chemical Society 2002 (124) [3] M. Nonn, L. Kiss, R. Sillanpää, F. Fülöp; Tetrahedron 2012 (68) [4] J. Wang, M. Sánchez-Roselló, J. L. Aceña, C. del Pozo, A. E. Sorochinsky, S. Fustero, V. A. Soloshonok, H. Liu; Chemical Reviews 2014 (114) [5] X.-L. Qiu, F.-L. Qing; European Journal of rganic Chemistry 2011,

157 A (±)-TRANSZ-DIHIDR-NARCIKLAZIN SZTERESZELEKTÍV TTÁLSZINTÉZISE Varró Gábor 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 BME Szerves Kémia és Technológia tanszékén közel 20 éve foglalkozunk remélhetően rákellenes hatású fenantridon alkaloidok és analogonjaik szintézisével. A fenantridon alkaloidok az amarilliszfélék alkaloidjainak egy kisebb csoportját képezik, amelyek az alkaloidok nagy többségétől eltérően laktám szerkezetük miatt nem bázikus, hanem semleges, sőt néha enyhén savas karakterűek. Ezért a növények hatóanyagainak semleges frakciójából nyerhetők ki. Érdekes módon a fenantridon alkaloidok szinte minden képviselője jelentős rákellenes hatással rendelkezik. Az amarilliszfélék növénycsaládja mintegy 60 nemzetséget, és megközelítőleg 1000 növényfajt foglal magába, és szerte a világon az ide tartozó növényfajok többségét dísznövényként ismerik, és termesztik. Az említett 60 nemzetség közül 4 nemzetség tagjai tartalmazzák a fenantridon alkaloidokat: a Narcissus (nárciszfélék), a Hymenocallis (pókliliomfélék), a Lycoris (japánliliomfélék), és a Zephyranthes (esőliliomfélék) nemzetsége. A fenantridon alkaloidok közül legerősebb rákellenes hatással a következő 5 alkaloid rendelkezik: a pankratisztatin (1), a narciklazin (2), a transz-dihidro-narciklazin (3), a 7-dezoxi-transzdihidro-narciklazin (4), és a likoricidin (5). A korábbi biológiai vizsgálatok alapján a legrégebben ismert narciklazint és pankratisztatint tartották a legerősebb rákellenes hatásúnak, ezért világszerte a vegyészek ennek a két alkaloidnak a totálszintézisét célozták meg, és előállításukra mostanáig több, mint 20 totálszintézist publikáltak. Később az amerikai National Cancer Institute összehasonlító vizsgálatai alapján kiderült, hogy a transz-dihidro-narciklazin (3) a legerősebb hatású valamennyi közül, amint ez az NCI által közölt, és itt bemutatott táblázatból látható: 1. táblázat: Az NCI által kimért GI50 értékek néhány Amaryllidaceae alkaloidra vegyület GI 50 (μm) 1 0, , , , ,15 A fent említett alkaloidok szerkezetét a következő ábrán mutatjuk be: 157

158 1. ábra: A fenantridon alkaloidok szerkezete H H R 2 H H A B C NH H A B C NH H R 1 R 1 1 R 1 =H, R 2 =H pankratisztatin 3 R 1 =H, R 2 =H transz-dihidro-narciklazin 4 R 1 =H, R 2 =H 7-dezoxi-transz-dihidro-narciklazin 2 R 1 =H narciklazin 5 R 1 =H likoricidin Meglepő módon a legerősebb rákellenes hatású a transz-dihidro-narciklazin (3) szintézisére kevés figyelmet fordítottak a szintetikus vegyészek, és csak a legutolsó években jelent meg néhány totálszintézis leírása. [1-4] E szintézisekkel egyidőben a BME Szerves Kémia és Technológia tanszékén is célul tűztük ki 3 totálszintézisét. E célkitűzésben komoly hangsúlyt kapott, hogy minél egyszerűbb, kevésbé költséges alapanyagokból kindulva, és minél egyszerűbb, és lehetőség szerint kevesebb számú szintézis lépést alkalmazva jussunk el a megcélzott végtermékhez. Ennek érdekében először a viszonylag olcsó metil-gallátból (6) kiindulva kezdtük el a teljes szintézis megvalósítását, amelynek kulcsvegyülete az egyébként kereskedelemben kapható miriszticinaldehid (12) lett: A kereskedelemből történő beszerzési forrást annak túlságosan magas ára miatt nem vettük figyelembe, az általunk metil-gallátból miriszticinaldehidre (12) kidolgozott eljárás 6 lépésben sokkal olcsóbb megoldásnak bizonyult: 2. ábra: A metil-gallátból kiinduló miriszticinaldehid előállítás H H Me HC(Et) 3 Et Me MeI K 2 C 3 Amberlyte-IR-120 Aceton, reflux toluol, reflux 16-20h 16-20h 98% H 98% H Me Et Me 158

159 2. ábra folytatás Et Me H 2N aq. HCl MeH, RT Me 5h CH 2 Br 2 76% KF H DMF, 100 C 8h Me Me 63% Me % Me LiAlH 4 ; EtEt absz. THF, 0 C 1h aktív Mn 2 (CH 2 Cl) 2, 50 C 24h H 68% Me 12 Me 11 Az általunk kidolgozott és ismertetett 6 lépéses szintézis össztermelése 22%. Ezt és a metil-gallát (6) árát (101 /250g, Alfa Aesar /2013/) figyelembe véve a miriszticinaldehid (12) szűkített önköltsége 1,84 /g, szemben az Alfa Aesar 18,72 /g árával, tehát annak egy tizedének felel meg. Ezt követően sikerült egy még kedvezőbb előállítás módszert kidolgozni a miriszticinaldehidre vanillinból (13) kiindulva: 3. ábra: A vanillinból kiinduló miriszticinaldehid előállítás H I H I 2 20% aq. NaH CH 2 Br 2 KI, NaHC 3 H CuS 4 H K 2 C 3, Cu H 2, RT reflux DMF, 110 C Me 3h 16-18h Me Me 4h Me 99% 64% 94% A 3 lépéses előállítás ezzel a módszerrel 60% össztermeléssel sikerült, a vanillin (13) árát (18 /kg, Molar) figyelembe véve a miriszticinaldehid (12) szűkített önköltsége 30 /kg. Ezekkel a kiinduló feltételekkel kezdtük meg a racém transz-dihidro-narciklazin (3) teljes szintézisét, amelyben több lépésnél figyelembe vettük a korábban a tanszéken, a 7- dezoxi-transz-dihidro-narciklazin (4) teljes szintézisére kidolgozott módszer tapasztalatait. [5,6] A miriszticinaldehidből (12) 15 lépésben végeztük el a transz-dihidro-narciklazin (3) sztereoszelektív totálszintézisét, amelynek során egyetlen lépésben sem alkalmaztunk 159

160 extrém reakciókörülményeket, sem igen költséges reagenseket. Ezen kívül megemlítjük, hogy a következőkben a teljes szintézist bemutató szkémában megjelölt 2 esetet kivéve oszlopkromatográfiás tisztítást sem volt szükséges alkalmaznunk: 4. ábra: A totálszintézis további lépései i ii N 2 Me 12 Me Me iii NH 2 H v N 2 H iv N 2 H Me 20 Me 19 Me 18 vi H vii viii H NHCMe NHCMe NHCMe Me Me Me Bz Bz ix Ac Ac xii, xiii x, xi Bz Ac Ac NH NHCMe NHCMe Me 26 Me Me

161 4. ábra folytatás Bz Bz H Ac Ac H Ac xiv Ac xv H NH NH NH Me H H Reagensek és körülmények: i: aceton, H 2, NaH, RT, 20 h ; ii: CH 3N 2, NaMe, MeH, reflux, 5,5 h; iii: HCEt, NaMe, absz. éter, RT, h; iv: (CH 2H) 2, vízm. (CH) 2, absz. CH 3CN, RT, 3 nap; v: H 2/Pd/C, MeH, 80 C, 12 bar, 7 h; vi: ClCMe, H 2/THF, NaH, RT, 2 h; vii: p-tsh, aceton, reflux, 1 h; viii: NaBH 4, CaCl 2, absz. MeH, 0 C-RT 2 h; ix: Ph-CH, DEAD, PPh 3, absz. THF 0 C-RT, oszlopkromatográfia, 4h; x: s 4, NM, THF/H 2, RT, 24 h; xi: AcCl, RT, 24 h, xii: Tf 2, 4-DMAP, absz. CH 2Cl 2, 0 C-RT, 22h; xiii: 2M HCl, THF, RT, 24 h; AcCl, 22 h; xiv: TMS-Cl, KI, absz. CH 3CN, 60 C 1,5 h, oszlopkromatográfia; xv: NaMe, MeH, absz. THF, RT, 1 h. [1] I.-J. Shin, E.-S. Choi, C.-G. Cho; Angewandte Chemie International Edition, 2007 (46) [2] C. K. Jana, A. Studer; Chemistry - A European Journal, 2008 (14) [3] K. Yamada, Y. Mogi, M. A. Mohamed, K. Takasu, K. Tomioka; rganic Letters, 2012 (14) [4] S. Hwang, D. Kim, S. Kim; Chemistry - A European Journal, 2012 (18) [5] G. Szántó, L. Hegedűs, L. Mattyasovszky, A. Simon, Á. Simon, I. Kádas; Tetrahedron Letters, 2009 (50) [6] G. Szántó, L. Hegedűs, L. Mattyasovszky, A. Simon, Á. Simon, I. Bitter, G. Tóth, L. Tőke, I. Kádas; Tetrahedron, 2009 (65),

162 162 SZERVES KÉMIA I.

163 EGY ÚJ FRUSZTRÁLT LEWIS-PÁR REAKTIVITÁS: DITRÓP ÁTRENDEZŐDÉS Dorkó Éva 1, Varga Eszter 1, Hasan Mehdi 1, Soós Tibor 1 1 MTA Természettudományi Kutatóközpont, Szerves Kémiai Intézet, Budapest, 1117, Magyar tudósok körútja 2. A modern kémia egyik legnagyobb kihívással szembenéző területe a nem aktivált, stabil kötések (C-H, H-H) katalitikus aktiválása (pl.: H 2, C), azon belül is a fémmentes katalízis. A főcsoportbeli elemekre épülő katalitikus rendszerek fejlesztésében újszerű stratégiát nyújt a frusztrált Lewis-sav/Lewis-bázis párok (Frustrated Lewis Pairs, FLP) elve, melyet Stephan [1] és munkatársai dolgoztak ki. Az elmélet alapján egy Lewis-sav (LA), és egy Lewis-bázis (LB) nem tud kialakítani stabil, "klasszikus" datív komplexet, ha a savas vagy bázikus egység körül nagy a sztérikus zsúfoltság. Ebben az esetben egy olyan aktív speciesz, ún. "frusztrált-komplex" [2] alakul ki, amely nagyon reaktív, és képes kismolekulák aktiválására (például a hidrogénmolekula heterolitikus hasítására, ld. 1. ábra). 1. ábra Az FLP rendszer működése. Egy további megközelítés lehet az FLP-k kémiáján belül, ha a savas és a bázikus egységeket egy molekulán belül helyezzük el, bifunkcionális FLP-ket létrehozva ezzel (ld. 2. ábra). Ebben az esetben hatékonyabb hidrogén-aktiválás, és szelektívebb reakciókörülmények érhetőek el, hiszen itt az aktív ágens már "egyben van" az oldatban, nem kell kialakulnia a frusztrált-komplexnek. Másrészt az összekötő elem a két egység közt egy előre elrendezett szerkezetet biztosít nekünk az aktiváláshoz, vagyis a két egységnek optimális a geometriája, és megfelelő a pályák elhelyezkedése a szubsztráttal való interakcióhoz. [3] 2. ábra A bifunkcionális (geminális) FLP rendszer működése. Felismerve az ilyen rendszerekben rejlő potenciált, számos elméleti kémiai munka mutat rá olyan lehetséges bifunkcionális szerkezetekre, amelyek alkalmasak lennének a hidrogén-aktiválására (ld. 1-es vegyület, 3. ábra). [4] Azonban az elméleti számítások nem tudják előre jósolni a kémiai viselkedést. Az ajánlott vegyületek közül csak keveset állítanak elő, és egyáltalán nem jellemző azok szisztematikus vizsgálata. Így kutatásaink során célul tűztük ki bór és nitrogén tartalmú (B/N) geminális FLP rendszerek előállítását (ld. 2-es vegyület, 3. ábra). Kutatásaink során szisztematikus változtattuk a bór-centrumon 163

164 lévő aromás gyűrűk méretét, hogy megvizsgálhassuk a sztérikus zsúfoltság hatását a kémiai rendszer viselkedésére. 3. ábra Az elképzelt geminális B/N pár szerkezete Mivel az elképzelt geminális Lewis-pár szerkezete alapján képes az éter-típusú oldószerek megkötésére, ezért a Lewis-párt az R 2NCH 2SnMe 3 vegyület metatézisével állítottuk elő hexánban, egy ismert eljárás analógiájával [3] (ld. 4. ábra). Ahogy a 4. ábrán is látható, az 5a, b prekurzorok könnyen előállíthatóak a 4-es vegyület pirrolidinnel, illetve piperidinnel való reakciója során. Ezután a trimetilszilil csoportot lecseréltük lítiumra, és a keletkezett lítiumvegyületeket (6a, b) izoláltuk, majd reagáltattuk egy ekvivalens Ar 2BX vegyülettel (11-14), és az aril-csoport méretétől függően különböző geminális N/B Lewispárokhoz jutottunk (ld. 4. ábra). [5] 4. ábra Új geminális N/B Lewis párok szintézise. Körülmények: (i) Cu/Zn, THF; (ii) Me 3SnCl, THF; (iii) n=1 pirrolidin, n=2 piperidin, 3 nap, 20 C; (iv) BuLi, hexán, 0 C, 1ó; (v) Ph 2BBr (11), hexán, -78 C, r.t, 12ó; (vi) (o-tol) 2BBr (12), hexán, -78 C, r.t., 12ó; (vii) Mes 2BF (13, keletkezik 9) vagy ClMes 2BF (14, keletkezik 10), hexán, -78 C, r.t., 12ó. A difenilborán (7a, b) esetében az 1 H-NMR spektrum alapján arra következtettünk, hogy a termék az oldatfázisban monomer-, dimer, illetve oligomer állapot van jelen. Röntgenkrisztallográfiás vizsgálatok során egy fej-láb dimert sikerült izolálni, melyben intramolekuláris datív B-N kötések vannak. Emiatt a vegyület nem volt alkalmas kismolekula aktiválásra (pl. hidrogén-hasítás). Növelve a sztérikus zsúfoltságot, vagyis fenil-csoportok helyett o-tolil-csoportokat felhasználva sikerült előállítani, és izolálni a 8a, b vegyületeket. A 11 B-NMR spektrumok 164

165 alapján ez a vegyület is intramolekuláris datív kötést létesít, így egy feszült háromtagú gyűrűs vegyület alakul ki. Ez a két vegyület sem képes kismolekula aktiválásra, a gyűrűfeszültség ellenére sem. Tovább növelve a sztérikus zsúfoltságot, a 6a, b vegyületeket reagáltattuk fluordi(2,4,6-trimetilfenil)boránnal (13). Ebben az esetben az analitikai vizsgálatok alapján az izolált termékek (9a, b) szerkezete eltért a várttól, úgynevezett diotróp átrendeződés játszódott le. A diotróp reakció során az egyik mezitil-csoport elvándorolt a bór-atomról a szomszédos szén-atomra, miközben szimultán egy hidrogén atom elmozdult a szén-atomról a bór-atomra. Ugyan ez a reakció játszódik le, ha a kevésbé elektron-dús 3-klórmezitilcsoportokat használjuk (10a, b). A diotróp átrendeződés egy formálisan periciklikus reakció, mely két szigmakötés vándorlásával jár. Ez általában sp 2 -sp 2 szénatomokon történik, a mi esetünkben pedig sp 2 -sp 3 atomokon történt a vándorlás (ld. 5. ábra) 5. ábra A diotróp átrendeződés Ezen kísérleti eredmények alapján arra jutottunk, hogy a geminális frusztrált N/B Lewis párok képesek arra, hogy átrendeződéssel minimalizálják a "frusztrációs feszültséget", tehát egy új típusú reaktivitást figyeltünk meg. Ezt a korábban már előállított P/B, P/Al vegyületek esetén nem figyelték meg. Az átrendeződés során a vegyület egy sokkal stabilabb állapotot vett föl, és ezzel el is vesztette az FLP reaktivitását, így nem képes kismolekulák aktiválására. Az átrendeződés reakciómechanizmusát elméleti kémiai számításokkal határozták meg, mely alapján a reakció koncertikus/ aszinkron reakciómechanizmus szerint játszódik le. [1] G. C. Welch, R. R. San Juan, J. D. Masuda, D.W. Stephan, Science, 2006 (314) [2] T. A. Rokob, A. Hamza, A. Stirling, T. Soós, I. Pápai, Angewandte Chemie 2008 (120) ; Angewandte Chemie International Edition 2008 (47) [3] F., Bertini, V., Lyaskovskyy, B. J. J., Timmer, F. J. J., de Kanter, M., Lutz, A. W., Ehlers, J. C., Slootweg, K., Lammertsma, Journal of the American Chemical Society, 2012 (134) [4] L., Zhao, G., Lu, F., Huang, Z-X., Wang, Dalton Transactions, 2012 (41) [5] É., Dorkó, E., Varga, T., Gáti, T., Holczbauer, I., Pápai, T. Soós, Synlett, 2014 (25)

166 ÚJSZERŰ RESZLVÁLÓ ÁGENSEK, ÉS TECHNLÓGIÁK ALKALMAZÁSA A DIASZTEREMER SÓKÉPZÉSES RESZLVÁLÁSBAN Fődi Balázs 1, Szeleczky Zsolt 1, Pálovics Emese 2, Fogassy Elemér 1 1 BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8. 2 MTA Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport Napjainkban igen jelentős kutatási feladat a királis vegyületek optikailag tiszta formában történő előállítása, elsősorban a gyógyszeripar területén. Az előállított és forgalomba hozott királis gyógyszerek mennyisége igen jelentős, így rendkívül fontos a nem csak gazdasági, de környezetvédelmi szempontból is előnyös eljárások alkalmazása. A gyógyszeriparban jelenleg gazdasági szempontból még mindig a reszolválás a legelterjedtebb megoldás az enantiomertiszta hatóanyag előállítására az aszimmetrikus szintézisekkel szemben. A diasztereomer sóképzéses reszolválásokban a savas, vagy bázikus karakterű racém vegyületet reagáltatják a vele ellentéte karakterű enantiomertiszta reszolváló ágenssel, a képződő diasztereomereket pedig valamelyik eltérő fizikai tulajdonságuk, például oldhatóság, megoszlási hányados, forráspont alapján elválasztják [1]. Az (R,R)-borkősav (BS) (1. ábra), valamint a fontosabb (S)-aminosavak (1. ábra), igen jelentős szerepet töltenek be a gyógyszeriparban, mint alapanyagok, valamint reszolválásokban betöltött szerepük is kiemelkedő reszolváló ágensként. Származékaik gyakori alkalmazása annak köszönhető, hogy a természetben nagy mennyiségben előforduló kész királis alapvázként könnyen felhasználhatóak. 1. ábra Az (R,R)-borkősav-származékok alkalmazása olyannyira elterjedt, hogy egy új reszolválás kidolgozásánál a legtöbb esetben ezen molekulák valamelyikével próbálkoznak először a kutatók. Racém bázisok esetén jó kiinduló pont lehet az (R,R)-borkősavfélamidok alkalmazása reszolválásokban, mivel savas karakterüknek köszönhetően könnyen reagálnak a bázissal. A félamidok a nitrogénen található szubsztituenseikben térnek el egymástól. Ezen szubsztituensek között találunk alifás és aromás csoportot tartalmazóakat is, azonban kutatócsoportunk még nem találkozott olyan, az irodalomban leírt reszolválással, melyben királis szubsztituenset tartalmazó származékkal hajtottak végre sikeres reszolválást. lyan reszolváló ágenseket terveztünk, melyekben az (R,R)-borkősav-félamidok nitrogénen történő helyettesítésében (S)-aminosavak játszanak kulcsszerepet. Munkánk során kidolgoztuk több különböző oldalláncot tartalmazó (R,R)-borkősav-(S)-aminosav- 166

167 félamid sikeres szintézisét. Ezekben a szintézisekben az (S)-Ala, az (S)-Val és az (S)-Leu alifás oldalláncú, valamint az (S)-Phe, az (S)-Phg és a p-n 2-(S)-Phe aromás oldalláncú aminosavakat alkalmaztuk. Az elkészített reszolváló ágenseket a csoportunk által már korábban sikeresen reszolváló racém bázisokon, a tetramisolon (TET), és a tofisopámon (GRA) (2. ábra) végrehajtott reszolválásokban teszteltük. A művelet paramétereinek változtatásával, és különböző reszolválási technikák alkalmazásával, így például félekvivalens, valamint Pope- Peachey (ahol a reszolváló ágens mennyiségének felét akirális segédanyaggal helyettesítik) módszerek alkalmazásával sikerült az (S)-Phe származék esetében enantiomer elválasztást elérnünk. [2] 2. ábra Az alkalmazott 6 darab reszolváló ágens mindegyikének tesztelése meglehetősen időigényes feladat volt. Felmerült az idő, anyag, és eszközigényes reszolválás gyakorlatának új megközelítés szerinti átgondolása. Célunk egy olyan eljárás megvalósítása volt, melyben a reszolváló ágens nem hagyja el a készüléket. Egy ilyen eszközben félfolyamatos üzemben lehet a reszolválás paramétereinek hatását vizsgálni valamint csökkenthető lenne a kísérletek előkészítésének munkaigénye. Előkísérletként üvegszűrőben kívántunk reszolválást megvalósítani oly módon, hogy a reszolváló ágens nem távozik az anyalúgba az egyes lépések eredményeként. Ennek érdekében keresnünk kellet egy olyan, már működő reszolválást, melyben a diasztereomer kristályosodása kellően gyors, a diasztereomer megbontásának körülményein az enantiomerkeverék oldatba kerül, azonban a reszolváló ágens viszonylag gyorsan kikristályosodik. Ezeknek az elvárásoknak eleget tett egy, a kutatócsoportunk által jól ismert klorocid intermediernek, a 2-amino-1-(4-nitrofenil)-1,3-propándiol (AD) (3. ábra) reszolválása, amennyiben szilikagél segítségével kellően nagy felületet biztosítottunk a kristályosodáshoz. [3] A technológiában alkalmazott reszolváló ágens szintén egy (R,R)- borlkősav-félamid, az ((R,R)-dibenzoil-borkősav-N,N-dimetil-félamid) R-SAV-Ca-sója. A vizsgálataink során RAMAN spektroszkópiás mérésekkel online követtük az üvegszűrőn végrehajtott reszolválás folyamatát, és bizonyítottuk, hogy a kérdéses kristályosodási folyamatok kevesebb, mint két perc alatt végbemennek. A paraméterek változtatásával sikeresen optimalizáltuk a reszolválás koncentrációját, valamint hőmérsékletét. 167

168 3. ábra Az előkísérleteket egy a céljainknak megfelelő készülék megépítése követte, melyben egy reszolváló ágens és szilikagél keverékkel töltött oszlopban hajtottuk végre a reszolválást. Az oldatok mozgatásához perisztaltikus pumpát alkalmaztunk, az elegy kevertetését ultrahangos kádba merítéssel oldottuk meg. Továbbiakban ezen eljárás tökéletesítésével folytatjuk kutatásunkat. [1] Pasteur, L. Comptes rendus de l'académie des Science 1853, 26, 162. [2] Pope, W. J.; Peachy, S. J. Journal of the Chemical Society, Transactions 1899, 75, [3] Soós, R.; Fogassy, E.; Nagy, F.; Horváth, K.; Boros, K.; Résey, F.; Nagy, K.; Galambos, T.; Alföldi, I. In Hunarian Patent No

169 AKTÍV METILCSPRTT TARTALMAZÓ HETERARMÁS VEGYÜLET α-aminsavvá TÖRTÉNŐ ÁTALAKÍTÁSA Gyűjtő Imre, Kókai Eszter, Dr. Hegedűs László, Dr. Nagy József Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémiai és Technológiai Tanszék, H-1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3., Magyarország Egyes betegségek gyógyítása csak fehérjealapú gyógyszerekkel megoldható, mesterséges aminosavak polipeptidláncba történő építésével a természetes aminosavakból amúgy is korlátlan számban felépíthető biokonjugátumok és proteinek változatossága tovább növelhető. A heteroaromás származékok használata különösen érdekes lehet metalloenzimekben fém-keláló képességük miatt, továbbá származékaik fluoreszcens jelölőmolekulaként is használhatók. [1] A kutatócsoportunkban a kereskedelmi forgalomban olcsón beszerezhető, aktiv metilcsoportot tartalmazó heteroaromás vegyületekből racém-fenilalanin és (E)-fahéjsav analogonok előállításával foglalkozunk. Kutatómunkám célja aminocsoport kialakításának tanulmányozása volt oxim-csoport kémiai vagy katalitikus redukciójával. (1. ábra). 1. ábra:, S heterociklusos aminosavak előállításának vizsgálata Az L-fenilalanin ammónia-liáz (PAL) az (E)-fahéjsav L-fenilalanin átalakulást katalizálja. Az eliminációs reakciót a fenilketonúria (PKU) kezelésére, míg az addíciós folyamatot az aszpartám előállítás során alkalmazzák. [2] 2. ábra (E)-fahéjsav analogonok előállítása és enzimatikus átalakítása A PcPAL széles szubsztráttoleranciával rendelkezik, így a továbbiakban érdemes lehet az előállított analogonok enzimatikus átalakítását tanulmányozni (2. ábra). [1] I. Hitoshi, K. Masato,. Shigero; Biopolymers, 2004, (76) K. [2] M. J. MacDonald, G.B. D Chunha, Biochemistry and cellbiology 2007, (85)

170 ÚJ, KIRÁLIS TRIFENILFSZFANN ÉS TRIFENILFSZFÁN EGYSÉGET TARTALMAZÓ KRNAÉTEREK SZINTÉZISE Petri László 1, Szabó Tamás 1, Huszthy Péter 1 1 BME, Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, Budapest, Szent Gellért tér A szintetikus úton előállított vegyületekkel elért molekuláris felismerés jelenségét régebben elképzelhetetlennek tartották, azonban az ilyen irányú kutatások terén úttörőnek bizonyult Charles J. Pedersen munkássága. Sikeresen szintetizált különböző poliéter típusú makrociklusokat [1], melyeknek a koronaéter nevet adta és kidolgozta speciális nomenklatúrájukat is. A szelektív komplexképzési folyamatok vizsgálata során felismerte, hogy ezek a ligandumok nagy szelektivitással komplexálnak egymáshoz kémiailag hasonló fémionokat a poliéter-gyűrű méretétől függően [2]. Ezt a tényt az is bizonyítja, hogy amíg pl. a 18-korona-6-éter káliumionnal szabályos alakot ad, addig nátriumionnal torzult lesz a makrociklus, mivel nem passzol össze tökéletesen a vendégion és a gazdamolekula mérete, a céziumion pedig bele sem fér a gyűrűbe, ezért gyakran két koronaéterrel úgynevezett szendvics-komplex képződik [3]. Enantiomertiszta koronaéterek szintézisének megvalósításáról elsőként James F. Stoddart számolt be [4], de ő csupán a szintézist valósította meg és nem vizsgálta az így létrehozott makrociklusok komplexképző tulajdonságait. Az optikailag aktív bisz(binaftil)- 22-korona-6-éter gazdamolekulának és származékainak protonált szerves primer aminok enantiomerjeivel létrejövő kölcsönhatását vizsgálva figyelték meg először a koronaéterek enantiomerfelismerő képességét Donald J. Cram és munkatársai [5]. A foszfánból (PH 3) származó szerves foszforvegyületeket közös néven foszfánoknak nevezzük, melyek levegőre igen érzékenyek, ezért tárolásukhoz és felhasználásukhoz inert atmoszféra szükséges. Számos eljárás létezik a foszfán típusú vegyületek stabilitásának növelésére, melyek közül az egyik legjelentősebb módszer az oxidképzés. A foszfor oxigén kettős kötés könnyen képződik és jól ellenáll kémiai hatásokkal szemben. Gyakorlatilag bármilyen oxidálószerrel oxidálhatjuk a trivalens foszforvegyületeket, legegyszerűbb megoldásként a megszokott oxidálószereket alkalmazhatjuk (Br 2/H 2, H 2 2, 2) [6][7]. A foszfanonok deoxigénezésének egyik lehetséges megvalósítása (mivel a foszforoxigén kettős kötés ellenáll a hidrogénezésnek [8] ) szilán származékokkal történhet. A leggyakrabban alkalmazott szilán típusú redukálószerek a metilpolisziloxán (MPS), a trifenilszilán (Ph 3SiH), a triklórszilán (Cl 3SiH) és a fenilszilán (PhSiH 3) [9]. A reakció hajtóereje az, hogy a szilícium oxigén kötés energetikailag kedvezőbb, mint a foszfor oxigén kötés, tehát a reakció mechanizmusa szerint az oxigénatom a szilícium hidrogén kötésbe ékelődik be [10] Munkánk során új, trivalens triarilfoszfán egységet tartalmazó koronaéterek szintézisének kidolgozása volt a célunk. Többféle gyűrűméretű és lipofilitású makrociklus szintézisét dolgoztuk ki (1. ábra), ezek az (S,S)-2, (R,R)-3, (S,S)-4 és (S,S)-5 koronaéterek. Meg kellett oldanunk továbbá a trivalens foszfánok stabilitási problémáiból adódó tárolási nehézségeket. Ennek megvalósulásaként az általunk előállítani és vizsgálni kívánt katalizátor ligandumok prekurzorait, a célmolekulákkal analóg szerkezetű az (S,S)-6, (R,R)- 7, (S,S)-8 és (S,S)-9 koronaéterek (1. ábra) előállítását tűztük ki célul. 170

171 1. ábra: Előállítani kívánt makrociklusok R 1 P R 1 R 1 P R 1 R 2 R 2 R 2 n n n R 1 R 2 n R 1 R 2 (S,S)-2 1 H Me (S,S)-6 1 H Me (R,R)-3 1 Me H (R,R)-7 1 Me H (S,S)-4 2 H ct (S,S)-8 2 H ct (S,S)-5 1 H Dod (S,S)-9 1 H Dod Az (S,S)-5 koronaéter előállításához szükséges 10 tetraetilénglikol-ditozilát származékának előállítása során az első lépésben az (S)-11 tetradekán-1,2-diol szintézisét a rac-12 epoxid enantiomertiszta (R,R)-( )-N,N -bisz(3,5-diterc-butil-szalicilidén)-1,2- ciklohexán-diamino-kobalt(ii) katalizátor jelenlétében történő felnyitásával hajtottuk végre (2. ábra). A reakció során a rac-12-ból csak az S enantiomer reagált [11]. 2. ábra: A dodecil oldalláncot tartalmazó tetraetilénglikol származék előállítása I. katalizátor C 12 H 25 + C 12 H iprh, H 25 2 C 12 H 25 H H rac-12 (R)-12 (S)-11 (92 %) R 2 Az (S)-11 diolt dibutilón(iv)-oxid (DBT) és tetrabutilammónium-bromid (TBAB) jelenlétében benzil-bromid (13) felhasználásával benzileztük (3. ábra). A reakció során nagy szelektivitással a primer hidroxilcsoport reagált [12]. 3. ábra: A dodecil oldalláncot tartalmazó tetraetilénglikol származék előállítása II. H C 12 H 25 H + Br DBT, TBAB toluol Bn C 12 H 25 H (S) (S)-14 (76 %) A monobenzilezett (S)-14 alkoholból nátrium-hidrid (NaH) segítségével alkoholátot képeztünk és ezt vittük reakcióba (4. ábra) a 15 ditoziláttal. Így kaptuk meg az (S,S)-16 enantiomertiszta tetraetilénglikol származékot. 171

172 4. ábra: A dodecil oldalláncot tartalmazó tetraetilénglikol származék előállítása III. C 12 H 25 + NaH C 12 H 25 C 12 H 25 Bn H Ts Ts THF Bn Bn (S) (S,S)-16 (55 %) A benzil-csoportok katalitikus hidrogénezéssel történő eltávolítását követően, a gyűrűzáró kapcsolási lépés során szükséges reaktivitás érdekében az (S,S)-17 diol hidroxilcsoportjait tozileztük (5. ábra). Így állítottuk elő az (S,S)- 10 tetraetilénglikolditozilátot. 5. ábra: A dodecil oldalláncot tartalmazó tetraetilénglikol származék előállítása IV. C 12 H 25 C 12 H 25 TsCl, CH 2 Cl 2 C 12 H 25 C 12 H 25 H H KH (H 2 ) Ts Ts (S,S)-17 (92 %) (S,S)-10 (28 %) A koronaéterek szintézise során kiemelt jelentőségű feladat volt, hogy a 18 trifenilfoszfanon származékot megfelelő mennyiségben tudjuk előállítani. Ennek a vegyületnek a szintézise (6. ábra) során a rendelkezésünkre álló etil-bisz(2-hidroxifenil)- foszfinátból (19) indultunk ki. Első lépésben a két szabad fenolos hidroxilcsoport benzilcsoporttal történő védését hajtottuk végre [13] kálium-karbonát bázis jelenlétében, benzil-bromiddal (13). A termékként kapott 20 foszfinátot egy kétlépéses reakcióval alakítottuk át a szükséges 21 foszfanonná. Ennek első lépésében diklórmetánban végezve a reakciót, foszfor-pentaklorid segítségével savkloridot képeztünk [14] a 20 észterből. Az illékony komponensek eltávolítása után, a savklorid intermedier kipreparálása nélkül, Grignard-reakcióba vittük tovább a nyersterméket. A savkloridot éter-toluol oldószerelegyben, fenil-magnézium-bromiddal [15] alakítottuk át a 21 trifenilszármazékká. Végül az előző reakcióban kapott 21 foszfanonból palládium-csontszén katalizátor jelenlétében végzett hidrogénezéssel nyertük a koronaéterek előállításához szükséges 18 kulcsintermediert. H P 6. ábra: A 13 trifenilfoszfanon kulcsintermedier szintézise Br + K 2 C 3 DMF P Et H Bn Et Bn (67 %) 1. PCl 5 CH 2 Cl 2 2. PhMgBr éter, toluol P Pd/C, H 2 MeH P Bn Bn H H 21 (42 %) 18 (93 %) 172

173 Az (S,S)-6, (S,S)-8 és (S,S)-9 koronaétereket az előzőekben ismertetett módon szintetizált 18 foszfanon és a megfelelő polietilénglikol-ditozilát származékok [(S,S)-22, (S,S)-23 és (S,S)-10] makrociklizációjával állítottuk elő. A gyűrűzárást kálium-karbonát jelenlétében N-N -dimetil-formamidban hajtottuk végre (7. ábra). A káliumion templáthatást is kifejt a reakcióban, ezáltal a koronaéter végső térszerkezetének megfelelő elrendeződés kialakulását segíti. 7. ábra: A koronaéterek előállítása makrociklizációval Ts H P 13 + H K 2 C 3 DMF R R R R n Ts n n R n R (S,S)-22 1 Me (S,S)-6 1 Me (41 %) (S,S)-23 2 ct (S,S)-8 2 ct (35 %) (S,S)-10 1 Dod (S,S)-9 1 Dod (38 %) P A makrociklusok előállítására alternatív útvonalat is találtunk, melynek során a gyűrűzárás során a 19 foszfinsav-etilésztert alkalmaztuk, majd az így előállított (R,R)-24 koronaéterből, elvégezve a 18 foszfanon kulcsintermedier előállítása során ismertetett kétlépéses reakciót (6. ábra), kaptuk az (R,R)-7 makrociklust (8. ábra). 8. ábra: Alternatív útvonal a koronaéterek előállítása során 1. PCl 5 P CH 2 Cl 2 H 3 C Et CH 3 2. PhMgBr éter, toluol P H 3 C CH 3 (R,R)-24 (R,R)-7 (56 %) 173

174 A foszfán-egységet tartalmazó (S,S)-2, (R,R)-3 és (S,S)-4 koronaétereket a korábban ismertetett úton szintetizált (S,S)-6, (R,R)-7 és (S,S)-8 makrociklusok szilán-vegyülettel végzett redukciója (9. ábra) útján állítottuk elő. 9. ábra: A makrociklusok redukciója R 1 P R 1 szilán R 1 P R 1 R 2 R 2 n n n R 1 R 2 n R 1 R 2 (S,S)-2 1 H Me (S,S)-6 1 H Me (56 %) (R,R)-3 1 Me H (R,R)-7 1 Me H (71 %) (S,S)-4 2 H ct (S,S)-8 2 H ct (78 %) [1] C. J. Pedersen; Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1988 (8) [2] C. J. Pedersen; J. Am. Chem. Soc., 1967 (26) [3] C. J. Pedersen; J. Am. Chem. Soc., 1970 (2) [4] J. F. Stoddart, W. A. Szarek; Canad. J. Chem., 1968 (19) [5] E. P Kyba, M. G. Siegel, L. R. Sousa, G. D. Y. Sogah, D. J. Cram; J. Am. Chem. Soc., 1973 (8) [6] V. V. Grushin; Chem Rev., 2004 (3) [7] P. Bhattacharyya, A. M. Z. Slawin, M. B. Smith, J. D. Woollins; Inorg. Chem (12) [8] Houben-Weyl: Methoden Der rganischen Chemie, Band E1: rganische Phosphor-verbindungen I., Georg Thieme Verlag, 1982 (1) [9] Gy. Keglevich; Magyar Kémikusok Lapja, 1998 (8-9.) [10] K. L. Marsi; J. rg. Chem, 1974 (2) [11] B. D. Brandes, M. E. Furrow, A. E. Gould, K. B. Hansen, E. N. Jacobsen, J. F. Larrow, S. E. Schaus, M. Tokunaga; J. Am. Chem. Soc., 2002 (7) [12] C. Mihai, A. V. Kravchuk, M-D. Tsai, K. S. Bruzik; J. Am. Chem. Soc., 2003 (11) [13] P. Huszthy, Z. Köntös, B. Vermes, Á. Pintér; Tetrahedron, 2001 (23) [14] Gy. Keglevich, A. Kovács, L. Tőke, K. Újszászy, G. Argay, M. Czugler, A. Kálmán; Heteroatom Chem., 1993 (4) [15] T. Pohl, T. Prinz, G. Giffels, W. Sirges; US A1 (16. May ), Chem. Abstr (136) R 2 R 2 174

175 ÚJ, PTIKAILAG AKTÍV, LIPFIL MAKRCIKLUSK SZINTÉZISE ÉS ALKALMAZHATÓSÁGUK Hirsch Edit 1, Szabó Tamás 1, Tóth Tünde 1, Huszthy Péter 1 1 BME, Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, Budapest, Szent Gellért tér Munkánk során új, lipofil, diarilfoszfinsav egységet tartalmazó, könnyen deprotonálható, királis koronaéterek szintézisének kidolgozása és a velük végzett transzportfolyamatok vizsgálata volt a célunk. A savanyú protont tartalmazó koronaéterek alkalmazhatók ph-gradiens által létrehozott transzportfolyamatokban. A transzportfolyamat során egy ligandum szelektíven transzportál ionokat egy vizes adófázis lipofil szerves folyadékmembrán vizes szedőfázis rendszerben. A gyakorlati alkalmazhatóság érdekében a ligandumnak az adófázis membrán határfelületen nagy, a membrán szedőfázis határfelületen kicsi ionmegkötő-képességgel kell rendelkeznie, azaz a két határfelületen különböző komplexképzési hajlam szükséges. [1] A ligandum jól, illetve rosszul komplexáló formáját a megfelelő határfelületen reverzibilisen idézhetjük elő többek között ph-gradiens létrehozásával. [2] A koronaéternek megfelelően lipofilnek kell lennie, hogy a transzportfolyamat során mind komplexált mind pedig szabad formában a szerves lipofil membránban tartózkodjon. A deprotonálható koronaéterekkel a koncentráció-gradiens ellenében is megvalósítható az iontranszport, mivel ph gradiens létrehozásával a visszafelé irányuló transzportban a kation helyett proton van. A deprotonálható, lipofil koronaéterekkel megvalósítható kationtranszport energetikailag is kedvezőbb, mint a savanyú hidrogént nem tartalmazó analogonokkal, mert az előbbiek esetén nincs szükség az ellenion deszolvatálására és szállítására. A deprotonálható makrociklusok egyik típusa diaril-foszfinsav egységet tartalmaz, amely merev konformációja miatt nagy szelektivitással rendelkezik. A szintézismódszer alapja, hogy egy diarilfoszfinsav-észter fejrész és egy lipofil csoportokat tartalmazó etilénoxi-egységből álló láncrész kapcsolásával, majd a foszfinészter hidrolízisével kapjuk meg az adott célvegyületet. A szubsztituálatlan (5) és a terc-butilcsoportokkal szubsztituált (6) foszfinsavetilészter származékokat hasonló módon állítottuk elő (1.ábra). Az első lépésben etanollal észteresítettük a savkloridot piridin bázis jelenlétében. A második lépés egy orto-lítiálást követő intramolekuláris átrendeződésből áll, ami a butil-lítiumból és diizopropil-aminból keletkező lítium-diizopropilamid hatására megy végbe, tetrahidrofurán oldószerben. [3] A reakció eredményeképpen két fenolos hidroxilcsoport alakult ki az aromás gyűrűn, melyek alkalmassá teszik a diarilfoszfinsav-észtert a kívánt gyűrűzárási reakcióra. 175

176 1. ábra A lipofil lánc előállításának első lépésében a rac-7 decilcsoportokat tartalmazó epoxidot kobalt tartalmú enantioszelektív katalizátor jelenlétében nyitottuk fel (2. ábra). [4] A reakció során a racém elegyből csak az S enantiomer reagált és teljes retencióval (S)-8 keletkezett. Az (S)-8 diol primer hidroxilcsoportját benzil-bromiddal reagáltattuk. Dibutilónoxid (DBT) és tetrabutil-ammónium-bromid jelenlétében nagy szelektivitással a primer hidroxilcsoporton játszódott le a reakció. [5] 2. ábra A reakcióban nem reagált (R)-7 enantiomert is alkalmazni tudtuk a szintézis során. Az (R)-7 epoxidot nátriumból és benzil-alkoholból képzett fenilmetoxaláttal reagáltattuk, így a 9 monobenzil származék R enantiomerjét kaptuk. Az (R)-9 és (S)-9 monokenil származékokból kiindulva könnyen és szelektíven állítható elő egy adott koronaéter mindkét enantiomerje. Mindkét monobenzilezett termékből [(R)-9, (S)-9] nátrium-hidriddel alkoholátot képeztünk és ezt reagáltattuk tri-, illetve dietilénglikol-ditoziláttal (3.ábra). A következő lépésben katalitikus hidrogénezéssel eltávolítottuk a benzil védőcsoportot, majd a kapcsoláshoz szükséges távozócsoport kialakításának érdekében a hidroxilcsoportokat tozil-kloriddal reagáltattuk, trietil-amin bázis jelenlétében. 176

177 3. ábra A gyűrűzárás során egy foszfinsav-etilészter származékot és egy a kiralitáscentrumokon decilcsoportokat tartalmazó, tozil távozócsoportokkal ellátott oligoetilén-glikol láncot reagáltattunk kálium-karbonát jelenlétében, dimetil-formamid oldószerben, majd a makrociklus észtercsoportjának hidrolízisét tetrametil-ammóniumhidroxid vizes oldatával, propanolban való forralással hajtottuk végre (4.ábra). 4. ábra A gyűrűméret hatását vizsgáltuk fémionokkal végzett transzportfolyamatok során. Minden mérésnél 2 ml 1 M-os a mérendő fémion (Li +, Na +, K +, Cs +, Ca 2+, Mg 2+, Zn 2+, Cu 2+ ) acetátját tartalmazó adófázist, lipofil membránként az adott koronaéter 1 mm-os diklórmetános oldatát és szedőfázisként 6 ml 2%-os sósavoldatot használtunk (5.ábra). [6] 177

178 5. ábra Folyadékmembrán cella fémiontranszport tanulmányozására Az átvitt fémion mennyiségét a szedőfázis bepárlása után tömegméréssel határoztuk meg. A kapott eredmények alapján láthatjuk (1. táblázat), hogy az (S,S)-19 és az (S,S)-18 koronaéter egyik megvizsgált fémiont sem transzportálja nagy mennyiségben. 1. táblázat Átvitt anyagmennyiség (%) Ion (S,S)-18 (S,S)-19 Li + 2,71 1,88 Na + 4,79 2,82 K + 1,54 4,50 Cs + 0,18 0,15 Ca 2+ 3,38 1,67 Mg 2+ 0,53 0,37 Zn 2+ 5,79 7,51 Cu 2+ 1,85 0,76 A szakirodalomból ismert, hogy az enantiomertiszta koronaéterek jól hasznosíthatók racém ammóniumsók enantiomerjeinek elválasztására folyadékmembránon keresztül történő transzport révén. [7] A királis, deprotonálható koronaéterekkel optikailag aktív primer aminok szelektív transzportja valósítható meg ph gradiens hatására. Ezt a folyamatot szeretnénk a jövőben optimalizálni. [1] P. Huszthy, T. Tóth; Magyar Kémiai Folyóirat, 2005 (111) [2] C.W. McDaniel, J. S. Bradshaw, R. M. Izatt; Heterocycles, 1990 (30) [3] B. Dhawan, D. Redmore; Journal of rganic Chemistry, 1986 (51) [4] L. Pouységu, S. Chassaing, D. Dejugnac, A. M. Lamidey, K. Miqueu, J. M. Sotiropoulos, S. Quideau; Angewandte Chemie, 2008 (47) [5] C. Mihai, A. V. Kravchuk, M. D. Tsai, K. S. Bruzik; Journal of American Chemical Society, 2003 (125)

179 [6] R. M. Izatt, R. G. C. LindH, P. Huszthy, G. A. Clark, R. L. Bruening, J. S. Bradshaw, J. J. Christensen; Journal of Inclusion Phenomena and Molecular Recognition in Chemistry, 1989 (7) [7] M. Newcomb, J. L. Toner, R. C. Helgeson, D. J. Cram; Journal of American Chemical Society, 1979 (101)

180 ÚJ IZXAZL ALAPÚ MLEKULÁK SZINTÉZISE Kondacs László András 1, Dr. Mucsi Zoltán 2, Dr. Nyerges Miklós 2, Dr. Nemes Péter 3, Dr. Pilipecz Mihály 3 1, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, H-1111 Budapest, Budafoki út 8., F. II. mfsz. 2, Servier Gyógyszerkutató Intézet, 1031 Budapes., Záhony utca 7. 3, SzIE Állatorvostudományi Kar, 1078 Budapest, István u. 2. Az izoxazol- és izoxazolin-származékok szintetikus és biológiai jelentősséggel is bírnak [1]. Ezek a heterociklusok számos ismert módszerrel előállíthatóak. Szintézisük legtöbb esetben valamilyen dipoláris cikloaddícióval történik, leggyakrabban a cikloaddíció egyik tagja egy alkén, vagy egy alkin, ami egy oximból in situ oxidációval képződő nitriloxiddal reagál [2 5]. Munkám során az izoxazol gyűrűt egy gyűrűs nitroenamin-származékból (1) építettük fel. Az irodalomban nagyszámú, β-helyzetben elektronszívó csoportot tartalmazó szubsztituált enamin ismert, ilyenek például az enamino-észterek [6], nitrilek [7,8], és nitrovegyületek [6 13]. Ezek a molekulák többnyire szintetikus jelentőséggel bírnak, különböző heterociklusok illetve egyéb vegyületek építőköveiként szolgálnak. Korábban, β-nitroenaminokból savkloridokkal különböző piperidinszármazékokat állítottak elő [7], míg aldehidekkel változatos pirrolidin- és amin-szármzékokat képeztek [12]. Ezen vegyületekkel több Mannich-reakciót is leírtak [13], de az említetteken kívül több példát is találhatunk nitroenaminokkal végzett reakciókra is. A kutatómunka első lépéseként 2-(nitrometilén)-pirrolidin (1) nitrozálásával 90 %- os termeléssel sikerült előállítani a 2-(nitro-nitrozo-metilén)-pirrolidint (2) (1. ábra). 1. ábra: 2-(Nitrometilén)pirrolidin (1) nitrozálása Munkám során észrevettük, hogy az így előállított 2 nitroenamin készségesen reagál különböző kettős (5)- és hármas kötést (8) tartalmazó molekulával (3. ábra). lefinekkel való reakciók során általában két terméket azonosítottunk a 3-hidroxiimino-4,5-dihidro-3Hpirrol-2-il)-4,5-dihidro-izoxazol-származékokat (3) illetve az oxim-funkciót nem tartalmazó vegyületeket (4). Alkinekkel analóg folyamat játszódik le, mint alkénekkel, termékként a megfelelő (3-hidroxiimino-4,5-dihidro-3H-pirrol-2-il)-izoxazolok (6) és szintén az oximcsoport nélküli molekulák (7) keletkeztek (3. ábra). 180

181 2. ábra: 2-(Nitro(nitrozo)metilén)pirrolidin (2) reakciója telítetlen vegyületekkel A reakciókat 90 C-on, illetve ha az adott oldószer alacsonyabb forráspontú volt, akkor refluxáltatva hajtottuk végre. Korábbi megfigyelések szerint a 2 kiindulási anyag hő hatására bomlik, ezért több esetben csak gyengébb termeléseket lehetett elérni (1. táblázat). Az izolálást a legtöbb esetben preparatív- HPLC-vel végeztem. A számomra fontosabb 3 és 6 termékek előállítására a leghatékonyabb oldószernek a DMF bizonyult, így ebben az oldószerben számos olefinnel illetve alkinnel elvégeztük a reakciót. A kísérletet elvégeztem akrilsav-észter (5a,5e), -amid (5b) és -nitril (5c)típusú vegyületekkel, valamint szintetizáltunk izoxazolin-származékokat α,β-telítetlen oxovegyülettel (5d), valamint néhány sztirol alapú (5e,5f) molekulával is. 1. táblázat. Néhány kiválasztott példa DMF oldószerben végzett reakcióra Sorszám Reaktáns Termelés R 1 R 2 R 3 R 4 3 (%) 3a 5a H H H CtBu 40% 3b 5b H H H CNMe 2 25% 3c 5c H H H CN 30% 3d 5d H H H CMe 30% 3e 5e Ph H H CEt 20% 3f 5f Ph H H H 32% 6a 8a H CEt % 6b 8b Ph CMe % Általánosságban megállapítható, hogy a reakció abban az esetben adja a 3 terméket izolálható mennyiségben, ha az olefin egyik pillératomja hidrogén, de kedvezőbb, ha mind a kettő az (R 2, R 4 = H). Az utóbbi esetben a szubsztituált pillératom kerül az izoxazolin gyűrűben az oxigén mellé, de 5e fahéjsav-észterrel végzett kísérletnél sztérikus okok miatt a fenil-csoport melletti szén atom kerül az oxigén mellé, az észter-csoport melletti szén épül be oda ahova a szubsztituálatlan pillératom szokott. Aldehid funkciós csoportot tartalmazó alkénvegyületből nem sikerült a megfelelő izoxazolin-származékot előállítani. Analóg módon szubsztituált alkin vegyületekkel a megfelelő izoxazol-származékokhoz (6,7) jutottunk. 181

182 A reakció vizsgálata és optimálása során megfigyeltük, hogy a 3 és 4 termékek egymáshoz viszonyított aránya az oldószer minőségével jelentősen befolyásolható, ezért 20 tiszta oldószerrel illetve 10 oldószereleggyel kvantitatíve is vizsgáltuk a termékarányt (4. ábra) a tercbutil-akriláttal végzett rakció során (5a). Megfigyeltük, hogy egyes, nem hidrogénhíd donor típusú oldószerekben [non-hbd I. típus; 5. ábra ( )] a 3 és 4 termékaránya hiperbolikus összefüggés szerint nő az oldószer relatív permittivitásával, ami jó összhangban van az oldószerhatás-elméletekkel [14], míg más, non-hbd oldószerek viszont nem követik ezt a trendet [non-hbd I. típus; 5. ábra ( )]. Hidrogén donor típusú oldószereknél (HBD) ugyanakkor nem figyelhető meg hasonló tendencia, mert az oldószerek hidrogénhíd-kötő képessége nem arányos a polaritásukkal [non-hbd I. típus; 5. ábra ( )]. 3. ábra. A 3a és 4a termék aránya a különböző oldószerekben illetve néhány oldószerelegyben 182

183 4. ábra. A 3a és 4a termékek aránya az oldószer relatív permittivitásának függvényében Az előállított pirrolin-származékok (3) kiváló intermediernek bizonyultak további reakciókhoz. A 3a tercbutil-észter-csoportot tartalmazó vegyület dihidropirrol gyűrűjét DDQ segítségével pirrollá oxidáltam, ezzel párhuzamosan az oxim funkció nitrozocsoporttá (9) alakult. A 9 nitrozopirrol-származékot katalitikusan hidrogénezve a izoxazolin-3-aminopirrol állítható elő, mely jó termeléssel acilezhető benzoil-klorid segítségével. Az így kapott 10 3-aminopirrol és a belőle képzett 11 benzamid származék jó kiindulási vegyületek lehetnek gyógyszerjelölt molekulák szintézisében. 5. ábra. 3a oxim további átalakítása [1] M. De Amici, C. De Micheli, E. Grana; R. Rodi, F. Zonta, M. G. Santagostino- Barbone; Eur. J. Med. Chem (24) [2] E. Malamidou-Xenikaki, X.N. Stampelos, E. Coutouli-Argyropoulou; J. Heterocyclic Chem., 1996 (33) [3] L. Han, B. Zhang, M. Zhu, J. Yan; Tetrahedron Lett., 2014 (55) [4] Y. Dürüst, C. Altug, M. Kaiser, F. R. Fronczek, D. Tasdemir; Monatsh Chem., 2013 (144) [5] A. Yoshimura, C. Zhu, K. R. Middleton, A. D. Todora, B. J. Kastern, A. V. Maskaev, V. V. Zhdankin; Chem. Commun., 2013 (49) [6] T. Zhang, C.-Y. Yu, Z.-T.-Huang, Y.-M. Jia; Synlett, 2010 (14)

184 [7] M.V. Pilipecz, T.R. Varga, Z. Mucsi, P. Scheiber, P. Nemes; Tetrahedron 2008 (64) [8] U. Beckmann, E. Eichberger, M. Lindner, M. Bongartz, P. C. Kunz; Eur. J. rg. Chem., [9] S.Rajappa; Tetrahedron, 1981 (37) 1453 [10] D.A Efremov, V.V Perekalin, E.S. Lipina, V.M. Berestoviskaya; Nitroalkenes, John Wiley & Sons Ltd., 1994 [11] M.V. Pilipecz, T.R. Varga, P. Scheiber, Z. Mucsi, A. Favre-Mourgues, S. Boros, L. Balázs, G. Tóth, P. Nemes; Tetrahedron, 2012 (68) [12] M.V. Pilipecz, Z. Mucsi, P. Nemes, P. Scheiber; Heterocycles, 2007 (71) [13] P. Scheiber, G. Tóth, M.V. Pilipecz, T.R. Varga, P. Nemes; Heterocycles, 2011 (83) [14] F. Ruff, G. I. Csizmadia, Á. Kucsman, M. Palojtay; Szerves reakciómechanizmusok vizsgálata, Nemzeti Tankönyvkiadó Rt.,

185 DIARIL-ÉTER SZÁRMAZÉKK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK VIZSGÁLATA KVANTUMKÉMIAI SZÁMÍTÁSKKAL RÉZ- MEDIÁLTA KAPCSLÁSKBAN Szokol Bianka, Komjáti Balázs, Dr. Nagy József BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, H-1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3., Magyarország; Tel.: , Fax.: , A természetes és biológiailag aktív anyagok között számos diaril-éter típusú vegyület található, így az előállításuk fontos feladat. Ezek a vegyületek előállíthatók fenolokból Ullmann éter-szintézisben, illetve Buchwald-Hartwig kapcsolással, azonban mindkét reakció erélyes körülményeket igényel, emellett fennáll a racemizáció lehetősége. Evans és mtsai. 1 illetve Chan és mtsai. 2 sikeresen valósítottak meg aril szén-heteroatom kapcsolást réz katalizátor jelenlétében szobahőmérsékleten. A reakció mechanizmusát még ma is vita övezi. A feltételezett mechanizmust az 1.ábra mutatja be: 1. ábra: A lehetséges reakciómechanizmusok Lényeges kérdés a reakció során a réz oxidációsállapot-változásai. A réz(iii)- köztitermékek bizonyítását nehezíti, hogy csak ritkán izolálhatók, és réz(ii)-vegyületek mellett kimutatásuk majdnem lehetetlen. Létezésük indirekt bizonyítékaként szolgálhat a jelen munkában ismertetett számításos kémiai vizsgálat. A kutatócsoportunkban az elvégzett számítások igazolják azon feltételezéseket, hogy a reakció réz(iii)-komplexből történő reduktív eliminációja, kinetikusan, és termodinamikusan kedvezőbb, mint a réz(ii)-komplex esetében. A reakciót nem csak kvantumkémiai számításokkal modelleztük, a reakciókörülmények optimálását, gazdaságosabbá tételét szerves preparatív laborban is vizsgáltuk. Elméleti számítások alapján választottuk ki a réz(ii)-fluoridot, mellyel a hagyományosan használt réz(ii)- acetáthoz képest több szubsztituált fenol származékkal is sikerült jobb termelést elérnem(2.ábra). 185

186 2. ábra: Fenolok és boronsavak réz-mediálta kapcsolása Kvantumkémiai számítások igazolják, hogy aromás jodóniumsók esetén is a Chan- Lam-Evans reakcióhoz hasonlóan réz(iii)-komplexen keresztül lehetséges diaril-éterek kialakítása fenolokkal. Ezen kapcsolásokat több különböző rézvegyülettel vizsgáltam(3.ábra). 3. ábra: Diaril-éterek előállítása aromás jodóniumsóból [1] David A. Evans, Jeffrey L. Katz, and Theodor R. West, Tetrahedron Letters , [2] Dominic M. T. Chan, Kevin L. Monaco, Ru-Ping Wang and Michael P. Winters, Tetrahedron Letters , [3] A. E. King, T. C. Brunold, S. S. Stahl, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (14),

187 KLÓRATMMAL VAGY ALLILXICSPRTTAL SZUBSZTITUÁLT, ILLETVE SZUBSZTITUÁLATLAN ENANTIMERTISZTA PIRIDIN-, ILLETVE PIPERIDIN- KRNAÉTER SZÁRMAZÉKK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS ALKALMAZÁSA Rojik Eszter 1, Kupai József 1, Bezzegh Dóra 1, Hegedűs László 2, Dargó Gergő 3, Balogh György Tibor 3, Székely György 4, Huszthy Péter 1 1 BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111, Budapest, Szent Gellért tér 4. 2 MTA-BME, Szerves Kémiai Technológiai Kutatócsoport 1111, Budapest, Budafoki út 8. 3 Richter Gedeon Nyrt. Szintézistámogató Laboratórium, 1103, Budapest, Gyömrői út School of Chemical Engineering and Analytical Science, The University of Manchester, United Kingdom A kereskedelemből könnyen beszerezhető és viszonylag olcsó alapanyagokból kiindulva olyan piridinszármazékokat szintetizáltunk, melyeket a megfelelő királis diaminokkal reagáltatva optikailag aktív piridino-, illetve piperidino-18-korona-6-éter típusú makrociklusokat [(S,S)-1 (S,S)-6] nyertünk (1. ábra). Ezeket a királis szelektormolekulákat aszimmetrikus Michael-reakciókban organokatalizátorként tervezzük alkalmazni. A piridingyűrű négyes helyzetében lévő halogénatomnak, illetve a kiralitáscentrumokon lévő alkilcsoportoknak az enantioszelektivitásra gyakorolt hatását ugyancsak tervezzük tanulmányozni. 1. ábra 187

188 További munkánk során olyan akirális és királis piridino-18-korona-6-éter-, illetve 2,6-bisz(metoximetil)piridin-származékok szintézisét valósítottuk meg, melyeket terminális kettős kötésüknek köszönhetően molekuláris lenyomatú polimerek monomerjeként tudtunk felhasználni [7, (S,S)-8, 9] (2. ábra). 2. ábra A szerzők köszönik az TKA (nyilvántartási szám: PD , K-81127) anyagi támogatását! 188

189 SZERVES KÉMIA II. 189

190 ÚJFAJTA MAKRCIKLUSS RECEPTRK: PILLÉR[5]ARÉNEK KMPLEXKÉPZÉSE ÉS ALKALMAZÁSA Bojtár Márton 1, Szakács Zoltán 2, Hessz Dóra 3, Kubinyi Miklós 2,3, Bitter István 1 1 BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8. 2 BME Fizikai Kémia és Anyagutdományi Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem Rkp MTA Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet, 1117 Budapest, Magyar tudósok körútja 2. A szintetikus receptorok körében a szupramolekuláris kémia születése óta kiemelkedő helyet foglalnak el a makrociklusok, mint a ciklodextrinek, koronaéterek vagy kalixarének. E gyűrűs vegyületek molekuláris felismerőképességét kihasználva számos, részben biológiai rendszerekben előforduló molekulára vagy ionra készítettek mesterséges receptorokat. [1] A host-guest kölcsönhatás mellett az analitkai detektáláshoz azonban szükség van egy olyan jelre, ami a komplexképzésre érzékenyen reagál. Biológiai rendszerekben számos előnye miatt különösen alkalmas erre a fluoreszcencia. Mivel azonban a makrociklusok általában nem vagy csak gyengén fluoreszkálnak, a vizsgált analit optikai detektálásához szükséges egy fluoreszcens kompetitív komlexképző indikátor molekula, amit az analit a receptorhoz kötődve kiszorít és a fellépő fluoreszcenciaváltozást detektálva következtethetünk az analit koncentrációjára. 1. ábra: P5 és WP5 szerkezete A pillér[5]arén egy új, először 2008-ban előállított para-ciklofán: metiléncsoportokkal összekapcsolt, öt hidrokinon-egységből felépülő szimmetrikus makrociklus (P5, 1. ábra). [2] Az első szintézisét követően számos származékát állították elő, köztük a vízoldható pillér[5]arének anionos változatát (WP5). Viszonylag egyszerű szintézise, széleskörű kémiai módosítási lehetőségei és figyelemreméltó komplexkémiai tulajdonságai miatt hamarosan méltán népszerűvé vált a szupramolekuláris kémikusok körében. [3] Ennek ellenére azonban fluoreszcens indikátorok kiszorításán alapuló optikai felismerő rendszerekben alig használják, ezért célunk a módszer szélesebb körű alkalmazási lehetőségeinek felderítése a pillérarének komplexeinek körében. Munkánk során piridinium-alapú fluoreszcens jelzőmolekulák (G1-G3, 2. ábra) komplexképzését vizsgáltuk WP5 vízoldható pillér[5]arénnel. A G3 vegyület esetében rendkívül intenzív fluoreszcenciás választ tapasztaltunk, a WP5.G3 rendszer pedig ideálisnak bizonyult egy veszélyes herbicid, a paraquat detektálására. 190

191 2. ábra G1, G2 és G3 szerkezete [1] G. Ghale, W. M. Nau; Accounts of Chemical Research, 2014 (47) [2] T. goshi, S. Kanai, S. Fujinami, T. Yamagishi, Y. Nakamoto; Journal of the American Chemical Society, 2008 (130) [3] H. Zhang, Y. Zhao, Chemistry A European Journal, 2013 (19)

192 KARÁNVÁZAS AMINDILK SZTERESZELEKTÍV SZINTÉZISE, ÁTALAKÍTÁSA ÉS KATALITIKUS AKTIVITÁSÁNAK VIZSGÁLATA Csőr Árpád Szegedi Tudományegyetem, Gyógyszerkémiai Intézet, 6720 Szeged, Eötvös utca 6. A királis aminodiolok egyaránt szolgálhatnak heterociklusos vegyületek építőköveiként és sztereoszelektív átalakítások katalizátoraiként. Az elmúlt években a pinán- és karánvázas aminodiolokat mindkét területen sikeresen alkalmaztuk. [1,2] Folytatásként célul tűztük ki újabb karánvázas aminodiolok sztereoszelektív szintézisét, valamit azok katalizárként való felhasználását. Kiindulási vegyületként az S-(-)-perillaldehid (1) szolgált, melyet két lépésben α,βtelítetlen karánvázas aldehiddé (2) alakítottunk át. Reduktív aminálást követő Boc, illetve benziloxikarbonil csoporttal védett allil-amin típusú vegyületekhez (3) jutottunk. Ezt követte a szén-szén kettőskötés sztereoszelektív dihidroxilálása ozmium-tetroxiddal. A védőcsoport eltávolítása, illetve LAH-os redukciója a 4 aminodiolokat eredményezte. Regioszelektív formaldehides gyűrűzárást követően, az 5 1,3-oxazinokat kaptuk, majd vizsgáltuk az 5 vegyületek katalitikus aktivitását benzaldehid és dietilcink addíciós reakciójában. A tesztreakciókban 51-86% közötti ee értékeket kaptunk. CH CH P N R H N R H N R 35% formaldehid H H NR 1 R R 1 = H, R 1 = R =CH 2 Ph, (S)-MeCHPh, (R)-MeCHPh; R 2 = H, Me; P = Boc, Cbz H H H Et 2 Zn 10 mol% kat. + [1] Csillag, K.; Németh, L.; Martinek, T.; Szakonyi, Z.; Fülöp, F. Tetrahedron: Asymmetry 2012, 23, [2] Szakonyi, Z.; Csillag, K.; Fülöp, F. Tetrahedron: Asymmetry 2011, 22,

193 ÓPIÁT-KANNABINID BIVALENS LIGANDUMK TERVEZÉSE, SZINTÉZISE ÉS IN VITR FARMAKLÓGIAI VIZSGÁLATA Dvorácskó Szabolcs a, Berkecz Róbert b, Varga Éva c, Tömböly Csaba a, Tóthné Papp Éva a, Keresztes Attila a a MTA-SZBK, Biokémia Intézet, Szeged b Szegedi Tudományegyetem, rvosi Vegytani Intézet, Szeged c University of Arizona, Department of Pharmacology, Tucson, USA Napjainkban, az ópiátok (morfin és származékai) az egyik leggyakrabban használt fájdalomcsillapítószerek, melyek hatásukat a központi idegrendszerben előforduló, G- fehérje kapcsolt opioid receptorokon (mu, delta, kappa) kereszül fejtik ki. [1] Hosszantartó (krónikus) adagolásuk azonban, megnövekedett fájdalomérzékenységhez, toleranciához és központi idegrendszeri neuropátiás, gyulladásos elváltozásokhoz vezet. [2] Az említett kóros elváltozások megjelenéséért, a központi idegrendszerben végbemenő adaptív sejt- és hálózati szintű molekuláris folyamatok tehetők felelőssé, melyek részeként gliális aktiváció és gyulladást keltő anyagok (citokinek, interleukinek) fokozott felszabadulása figyelhető meg. [3-4] Köztudott, hogy az ópiátok mellett a kannabinoidok, különösen a CB1 agonisták fájdalomcsillapító hatással rendelkeznek. [5] Az is ismert tény, hogy a glia sejteken a fent említett folyamatok eredményeként megnövekedett CB2 receptor-expresszió figyelhető meg. A legfrissebb tanulmányok azt mutatták, hogy az ópiát agonisták CB2 receptor agonistákkal történő adagolása csökkenti a gliális aktivációt. [6] A csökkent gliális aktiváció, a fájdalomérzékenység és az idegrendszeri gyulladásos folyamatok mérséklődését eredményezi. Kis koncentrációjú CB1 agonisták vagy antagonisták ópiátokkal történő koadminisztrációja pedig a fájdalomcsillapító hatás erősödéséhez vezethet. Jelen munkánk során olyan modell ópiát agonista nemszelektív kannabinoid agonista bivalens ligandumok tervezését, szintézisét és farmakológiai vizsgálatát tűztük ki célul, melyek már vagy a klinikumban vannak, vagy legalábbis farmakológiai spektrumjuk jól ismert, illetve ötvözik az ópiátok és kannabinoidok fájdalomcsillapító hatását csökkent mellékhatás-profil megjelenése mellett. Ugyanakkor, bivalens ligandumaink mint jövőbeli eszközök, lehetővé tehetik opioid-kannabinoid receptor heterodimerek mélyebb, farmakológiai és molekuláris vizsgálatát, továbbá rávilágíthatnak e receptor-asszociátumok fenti folyamatokban betöltött szerepének jelentőségére. [1] C. M. Costantino, I. Gomes, S. D. Stockton, M.P. Lim, L. A. Devi; Expert Reviews in Molecular Medicine, :e9 [2] L. R. Watkins, M. R. Hutchinson, I. N. Johnston, S.F. Maier; Trends in Neuroscience, 2005 (review)12,661-9 [3] J. Guindon, A. J. Hohmann; British Journal of Pharmacology, (2): [4] G. C. Hsieh, M. Pai, P. Chandran, B. A. Hooker, C. Z. Zhu, A. K. Salyers, E. J. Wensink, C. Zhan, W. A. Caroll, M. J. Dart, B. B. Yao, P. Honore, M. D. Meyer; British Journal of Pharmacology, (2): [5] B. K. Atwood, J. Huffman, A. Straiker, K. Mackie; British Journal of Pharmacology, (3): [6] S. Tumati, T. M. Largent-Milnes, A. Keresztes, J. Ren, W. R. Roeske, T. W. Vanderah E. V. Varga; Journal of Neuroimmunology, (1-2),

194 FLURESZCENS LIPPRTEIN SZÁRMAZÉKK ELŐÁLLÍTÁSA MEMBRÁN-ASSZCIÁLT FEHÉRJÉK VIZSGÁLATÁHZ Fiser Gabriella, Tömböly Csaba Szegedi Biológiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia 6726 Szeged, Temesvári krt. 62. Számos fehérje horgonyzott a sejtmembránhoz ko- vagy poszt-transzlációsan lipid láncokon keresztül. A fehérje C-terminális vég egy glikozilfoszfatidilinozitol (GPI) glikolipiddel amidált. Az ilyen, ún. GPI-horgonyzott fehérjék kizárólag a sejtmembrán extracelluláris felületéhez kötődnek. Ez széleskörűen elterjedt eukariótákban, több mint 150 humán GPI-horgonyzott fehérje ismeretes [1] és a normál fiziológiai funkciókon túlmenően összefüggésbe hozhatók egy sor betegséggel, beleértve a prion betegségeket, karcinogenezist és álomkórt. [2-5] A GPI horgony bonyolult szerkezete miatt ezen membrán-asszociált fehérjék szerkezeti tanulmányozása in vivo körülményekkel releváns elrendezésben nem megoldott. Nemrégiben sikerült bemutatnunk, hogy a megfelelő koleszterin származék fehérjék sejtmembránhoz horgonyzására alkalmazható. [6] Ez a félszintetikus stratégia egy amfifil koleszterin maleimid és egy C-terminális végén ciszteinnel meghosszabbított rekombináns fehérje Michael addícióján alapszik. Azonban a módszer általános alkalmazhatósága korlátozott, mivel a fehérje C-terminális ciszteinje nélkül nem konjugálható, illetve a több ciszteint tartalmazó fehérjeszármazékok nem módosíthatóak szelektíven a C-terminális végen. Emiatt a Michael addíción alapuló konjugációs stratégiát a fehérje C- vagy N- terminális végébe, illetve a fluoreszcens koleszterin horgonyba történő bioortogonális funkciós csoportpárok bevezetésével kívántuk javítani. Ehhez funkcionalizált kisméretű fluorofór molekulákat tartalmazó koleszterin származékok és azok polipeptid konjugátumainak szintézisét vizsgáltuk. [1] A. K.. Menon, T. Kinoshita, P. rlean, F. Tamanoi; Eds. Glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchoring of proteins, 1. ed., Academic Press, New York, 2009; [2] V. J. Savage, R. A. Brodsky; Hematology 2006 (12) [3] S. B. Prusiner; Procedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1998 (95) [4] P. Zhao, A. V. Nairn, S. Hester, K. W. Moremen, R. M. 'Regan, G. prea, L. Wells, M. Pierce, K. L. Abbott; Journal of Bioogical.Chemistry, 2012 (287) [5] M. A. Ferguson; Journal of Cell Science, 1999 (112) [6] B. Schäfer, E. rbán, A. Borics, K.. Huszár, A. Nyeste, E. Welker, Cs. Tömböly; Bioconjugate Chemistry 2013 (24)

195 KIRÁLIS 1,3-AMINALKHLK ELŐÁLLÍTÁSA, ÁTALAKÍTÁSAI ÉS ALKALMAZÁSA KIRÁLIS KATALIZÁTRKÉNT Gonda Tímea Szegedi Tudományegyetem Gyógyszerésztudományi Kar, Gyógyszerkémiai Intézet, 6720, Szeged, Eötvös u. 6. Az 1,3-aminoalkoholok változatos szerkezetű potenciális farmakonok, optikailag aktív formában aszimmetrikus szintézisek gyakran használt királis segédanyagai [1,2]. Munkánk során célul tűztük ki pinánvázas 1,3-aminoalkoholok előállítását, melyek katalitikus aktivitását benzaldehid és dietilcink reakciójában terveztük vizsgálni. Kiindulási anyagként a nopinont (1) választottuk, amely sztereoszelektív Mannich-kondenzációjával β-aminoketonhoz (2) jutottunk. A 2 ezt követő redukciója a 3 vegyületet eredményezte, amelynek különböző átalakításaival primer, szekunder és tercier 1,3-aminoalkoholokat (4) állítottunk elő. 1. ábra Pinánvázas 1,3-aminoalkoholok előállítása. H H NBn 2 NBn NR 1 R 2 1 H H CMe NHBn H H N Ph Kíváncsiak voltunk a pinánvázon található funkciós csoportok térállásának katalitikus aktivitásra kifejtett hatására is, így egy cisz-aminoalkohol előállítását is célul tűztük ki. Szintén nopinonból (1) kiindulva két lépésben cisz- és transz-β-hidroxiésztereket (5) állítottunk elő. Ezen vegyületek hidrolízise, és a kapott β-hidroxi-karbonsavak amidálása N-monobenzil-szubsztituált amidokat (6) eredményezett, melyek redukciójával a cisz- és transz-1,3-aminoalkoholokat (7) nyertük [3]. Az így kapott potenciális aminoalkohol katalizátorok katalitikus aktivitását benzaldehid és dietilcink reakciójában vizsgáltuk és mérsékelt szelektivitást tapasztaltunk [3]. [1] S. M. Lait, D. A. Rankic, B. A. Keay; Chemical Reviews, 2007 (107) [2] Z. Szakonyi, Á. Balázs, T. A. Martinek, F. Fülöp; Tetrahedron: Asymmetry, 2006 (17) [3] Z. Szakonyi, T. Gonda, S. B. Ötvös, F. Fülöp; Tetrahedron: Asymmetry, 2014 (25)

196 TELÍTETLEN CIKLUSS β-aminsavak ÁTALAKÍTÁSAI METATÉZIS REAKCIÓVAL Kardos Márton Szegedi Tudományegyetem Gyógyszerkémiai Intézet 6720 Szeged Dugonics Tér 13. Az elmúlt két évtizedben jelentős figyelmet fordítottak a ciklusos β-aminosavakra, ugyanis ezek a vegyületek számos fontos tulajdonsággal bírnak. Ezek az aminosavak többek között biológiailag aktív természetes eredetű vegyületek elemei, de β-laktámok antibiotikumok, vagy fehérjék szintéziséhez prekurzorként is szolgálhatnak. Az ikofungipen, illetve a ciszpentacin antifungális hatással rendelkező vegyületek. [1] Kutatómunkám során norbornénvázas, (1, 2) illetve oxanorbornénvázas (3) aminosavak átalakítását végeztük el gyűrűnyitási metatézis reakció alkalmazásával. Katalizátorként Grubbs 1, Grubbs 2, Hoveyda-Grubbs 1, és Hoveyda-Grubbs 2 molekulákat alkalmaztunk, és sztereokontrollált lépésben sikeresen előállítottuk a megfelelő difunkcionalizált ciszpentacin származékokat (4, 5, 6, 7), illetve a tetrahidrofurán vázzal rendelkező aminosavakat (8, 9). Ezt követően a vinil csoportokkal funkcionalizált ciszpentacin származékokat sikeresen alkalmaztuk keresztmetatézis reakcióban, melynek során trifunkcionalizált származékokat állítottunk elő. CEt CEt 5 NHBz CEt NHBz 4 NHBz 8 CEt NHBz 3 1 CEt NHBz 2 CEt NHBz 6 CEt NHBz CEt CEt 9 NHBz 7 NHBz [1] L. Kiss, F. Fülöp; Chemical Reviews 2014 (114)

197 SZERVES KÉMIA III. 197

198 γ-laktámk ELŐÁLLÍTÁSA PIRRL-SZÁRMAZÉKK FÉMRGANIKUS REAKCIÓJÁVAL Hergert Tamás 1, Deák Szilvia 1, Mátravölgyi Béla 2 és Faigl Ferenc 1,2 1 Szerves Kémia és Technológia Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1111 Budapest, Budafoki út 8. 2 MTA-BME Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport, 1111 Budapest, Budafoki út 8. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén működő kutatócsoportban az elmúlt években több igen jelentős sikert értek el az 1-arilpirrolok kémiáját vizsgáló kutatások során. Többek között eredményes szintéziseket dolgoztak ki a gyűrűk szelektív szubsztituálására fémorganikus úton, enantiomertiszta formában állítottak elő több atropizomer származékot diasztereomer sóképzéses rezolválással, valamint enantioszelektív átalakítások hatékony megvalósítását eredményező bifunkciós katalizátorligandumokat és organokatalizátorokat szintetizáltak. Az új, 1-arilpirrol alapvázú ligandumok, illetve organokatalizátorok azonban csak soklépéses preparatív munka után tesztelhetők az adott aszimmetrikus modellreakciókban. A reakcióutak lerövidítésével szintézisük olcsóbbá válhat, mely a vegyületek szélesebb körű alkalmazhatóságának is lehetőséget adhat. Kutatómunkám célja 1-arilpirrolok brómozásának vizsgálata, szelektív, többszörös halogénezést eredményező körülmények kidolgozása volt. Először a kutatócsoportban korábban előállított 1-arilpirrol alapvázzal rendelkező vegyületek továbbalakítási lehetőségeinek vizsgálatával foglalkoztam. Vizsgáltam az 1-fenil-1H-pirrol továbbalakítását feltételezve, hogy a szubsztiuensek nélküli alapmolekulával egyszerűbben kidolgozhatók a különböző eljárások, modellezhetőek a reakciók az enantiomertisztaság és a rezolválás problémája nélkül. Először megvizsgáltam a pirrolgyűrű szelektív dibrómozását. A körülményeket a csoportban korábban kidolgozott módszer [1] szerint választottuk meg, így sikerült a dibróm-származék (2) előállítását igen nagy szelektivitással és tisztasággal megvalósítani (1. ábra). Az N-brómszukcinimides halogénezés legjobb oldószerének a DMF-ot találtuk, míg hőmérsékletének a 0 C-ot. Amennyiben 2,0 ekvivalensnél több brómozószert alkalmazunk, a halogénezési reakció nem áll meg a dibróm termék fokon, hanem újabb reakcióban tribróm vegyület is képződik, ezért fontos a halogénezőszer pontos mennyiségének alkalmazása. 1. ábra 1-Arilpirrol származékok szelektív dibrómozása Ezt követően a halogénezett származékokból bróm/lítium cserén keresztül különböző elektrofilekkel történő reakcióban többféle származékot is előállítottunk. Elektrofil reagensként először szén-dioxidot alkalmaztunk, így sikerrel állítottunk elő karbonsav- származékokat a pirrolgyűrű lítiálási lépését követően (2. ábra). 198

199 2. ábra Karbonsav-származékok (4) szintézise Brómtartalmú aromás vegyületekből fémorganikus reakcióval változatos funkciókat alakíthatunk ki, többek között a kutatócsoport által előállított katalizátorligandumoknál alapvető fontosságú difenil-metanol molekularészt. A 2 vegyületet egy ekvivalens n-butillítiummal reagáltatva, majd a reakcióelegyhez benzofenont adva azonban nem a várt terméket, hanem egy igen meglepő átalakulás során képződő konjugált rendszert tartalmazó,-telítetlen γ-laktámot (5) izoláltunk. Az új származék szintézisét optimáltuk, majd több másik, általunk előállított dibróm-származékból (2) is eredményesen valósítottuk meg a γ-laktámgyűrű kialakítását (5, termelés: 80 90%, 3. ábra). 3. ábra Az α, β-telítetlen-γ-laktám (5) előállítása Az 5 vegyület konkrét előállítására nem található az irodalomban példa, viszont publikáltak már hasonló szerkezetű származékokat [2,3]. Továbbá az ilyen 5-ilidén-pirrol-2-(5H)-on szerkezeti egység több biológiailag fontos természetes anyagban is megtalálható, például az antibiotikumként alkalmazott holomycinben [4], a tengeri kék-zöld alga által termelt pukeleimidben [5] és az epe pigmentjében, a bilirubinban [6] is. Minden új előállított vegyület szerkezetazonosítása korszerű spektroszkópiai módszerekkel (NMR, IR, HRMS) történt, továbbá több származék esetén egykristályröntgendiffrakciós mérésekkel is igazoltuk pontos szerkezetet. [1] F. Faigl, Sz. Deák, B. Mátravölgyi, T. Holczbauer, M. Czugler, L. Balázs, I. Hermecz; Tetrahedron, 2012 (68) [2] A. F. Khlebnikov, M. S. Novikov, R. R. Kostikov; Chemistry of Heterocyclic Compounds, 1987 (23) [3] T. Saito, K. Sugizaki, H. sada, N. Kutsumura, T. tani; Heterocycles, 2010 (80) 207. [4] (a) W. D. Celmer, I. A. Solomons; Journal of the American Chemical Society, 1955 (77) (b) D. J. Faulkner; Tetrahedron Letters, 1977 (33) [5] C. J. Simmons, F. J. Marner, J. H. Cardellina, R. E. Moore, K Seff; Tetrahedron Letters, 1979 (20) [6] H. Falk, K. Grubmayr, U. Herzig,. Hofer; Tetrahedron Letters, 1975 (16)

200 PEPTID-6-AMIN-D-LUCIFERIN KNJUGÁTUMK SZINTÉZISE Kovács Anita 1,2, Hegyes Péter 2, Szebeni Gábor 2, Puskás László 2, Tóth Gábor 1 1 SZTE ÁK, rvosi Vegytani Intézet, 6720 Szeged, Dóm tér 8. 2 AVIDIN KFT., 6726 Szeged, Alsókikötő sor 11. Az amerikai szentjánosbogár (Photinus pyralis) luciferinjének 6-os helyzetű hidroxil-csoportját amino-csoportra cserélve kapjuk a 6-amino-luciferint (aluc). Ezt különböző peptidekkel összekapcsolva a luciferinével megegyező biolumineszcens tulajdonságú konjugátumokat kapunk. Ezen szubsztátokkal lehetővé válik több, terápiásan fontos proteáz enzim aktivitásának mérése. [1] 1. ábra A luciferin felismerésének és a világításának mechanizmusa Célunk biolumineszcens szubsztrátok szintézise volt különböző tumormarkerek: a fibroblaszt aktiváló protein (FAP) [2,3] és a prolil oligopeptidáz (PP) [3,4] enzim aktivitásának mérése céljából. Ehhez egy új, racionálisabb szintézisutat dolgoztunk ki: a megfelelően védett aminosavat 6-amino-2-ciano-benztiazolhoz kapcsoltuk, majd ezt D- ciszteinnel reagáltattuk. Az így kapott származékot gyantára kötöttük és szilárdfázisú peptidszintézist végeztünk. Ezzel a módszerrel előállítottunk több konjugátumot: a Z-Arg- Arg-Pro-aLuc-t, a Z-Gly-Pro-aLuc-t, valamint a Z-Phe-Phe-Pro-aLuc-t, melyeket biolumineszcens tesztekben használtunk. [1] D. M. Leippe, D. Nguyen, M. Zhou, T. Good, T. A. Kirkland, M. Scurria, L. Bernad, T. Ugo, J. Vidugiriene, J. J. Cali, D. H. Klaubert, M. A. Brien, Biotechniques, 2011 (51) [2] F. M. Keane, T-W. Yao, S. Seelk, M. G. Gall, S. Chowdhury, S. E. Poplawski, J. H. Lai, Y. Li, W. Wu, P. Farrell, A. J. Vieria de Riberio, B. sborne, D. M. T. Yu, D. Seth, K. Rahman, P. Haber, A. K. Topaloglu, C. Wang, S. Thomson, A. Hennessy, J. Prins, S. M. Twigg, S. V. McLennan, G. W. McCaughan, W. W. Bachovchin, M. D. Gorrell; Federation of European Biochemical Societies pen Bio, 2014 (4) [3] K. Jambunathan, D. S. Watson, A. N. Endsley, K. Kodukula, A. K. Galande; Federation of European Biochemical Societies Letters, 2012 (586) [4] Z. Szeltner, L. Polgár; Current Protein and Peptide Science, 2008 (9)

201 ÚJ FEJLESZTÉSŰ HETERGÉN KATALIZÁTR VIZSGÁLATA KAPCSLÁSI REAKCIÓKBAN Magyar Ágnes, Hell Zoltán Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék 1111 Budapest, Műegyetem rakpart 3. A heterogén katalizátorok jelentősége az utóbbi évtizedekben egyre nő, mára már a százat meghaladja azon reakcióknak a száma, amelyek esetében ipari méretekben heterogén katalízist alkalmaznak. A heterogén katalizátorok előnyei a hagyományos sav-bázis katalizátorokkal szemben, hogy nem terhelik a környezetet, semlegesítésük nem szükséges, így az elfolyó ipari szennyvizek só-, sav-, és lúgterhelése csökkenthető. Technológiai szempontból könnyebbséget jelent, hogy a reakcióelegytől egyszerű szűréssel elválaszthatóak, ennek következtében csökken a feldolgozáshoz szükséges műveleti idő, energia, és a korróziós problémák sem jelentősek. A kiszűrt katalizátor sok esetben újra felhasználható közvetlenül, vagy regenerálást követően, az aktivitásában bekövetkező jelentős csökkenés nélkül. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén sok éve folynak kutatások heterogén katalizátorok kifejlesztésére és vizsgálatára. Ennek során vizsgáltam egy új kétfémes heterogén katalizátor alkalmazhatóságát szerves kémiai reakciókban, ezen belül is kapcsolási reakciókban. Munkám célja nem a reakciókörülmények optimálása volt, hanem a katalizátor minél szélesebb körű felhasználásának a vizsgálata. A katalizátor egy 4Å molekulaszita hordozóra felvitt réz(ii)-palládium(ii) katalizátor, melynek fizikokémiai jellemzését egy tudományos együttműködés keretében a Poitiers-i egyetem kutatócsoportja végezte el különböző analitikai módszerekkel (ICP-ES, BET, XRD, TEM, TPR). [1] Suzuki kapcsolásban (1. ábra) aril-jodidokkal a várt termékek kiváló termeléssel keletkeztek, aril-bromidokkal a reakcióidő kismértékű növelésére volt szükség a szintén kiváló termelések eléréséhez, míg az aril-kloridok nem reagáltak. 1. ábra Aromás és alifás boránok Suzuki-kapcsolása R-B(H) 2 + R' X CuPd/4A K 2 C 3 EtH R R' Heterociklusos boronsavak esetében azt tapasztaltam, hogy indolboronsavakkal csak gyenge-közepes termelések érhetőek el. Ennek egyik oka lehet a kiindulási indolboronsavak szennyezettsége, amely bomlékonyságukra vezethető vissza. Mindemellett az alkalmazott reakciókörülmények között a réz leoldódott a katalizátor felületéről, komplexet képzett a szabad amincsoporttal, és az így képződött réz-boronsav komplex nem volt aktív a reakcióban. Piridinboronsavak esetében ugyanez a komplexképzés vezethetett a reakciók sikertelenségéhez. 201

202 Megállapítottam, hogy a katalizátor a Heck-reakció (2. ábra) katalízisére nem alkalmas, a várt reakció nem játszódott le, csak a jódbenzol önkapcsolásából származó bifenil keletkezett. 2. ábra A Heck-reakció sémája + (E) CuPd/4A + + I 2a 4 Et 3 N DMF (Z)-5 3a Sonogashira-reakcióban (3. ábra) a réz jelenléte következtében nagy mennyiségű kapcsolt termék (Glaser-dimer) is keletkezett, valamint a GC-MS vizsgálatok alapján a jódbenzol 1,2-difenilacetilénre, és 1,4-difenil-but-1,3-diinre történő addíciójából származó termékek is képződtek. A reakcióidő növelése nem eredményezett emelkedést a várt termék mennyiségében, az addíciós termékek mennyiségét azonban növelte. 3. ábra A Sonogashira-reakció sémája R' + R' X CuPd/4A Et 3 N DMF 8 + 7a 2 9 Korábban kutatócsoportunkban sikeresen valósították meg alkinek, aldehidek és aminok reakcióját (A 3 -reakció) Cu(II)/4Å katalizátor jelenlétében. [2] Néhány esetben azonban a katalizátor nem mutatott megfelelő aktivitást, ezért ezekben a reakciókban is kipróbáltuk az új kétfémes katalizátort. Anilin, fenilacetilén, és paraformaldehid kapcsolása (4. ábra) nem hozta meg a várt eredményt, ugyanakkor 1-heptin, paraformaldehid, és morfolin reakciója (5. ábra) jó termeléssel adta a kívánt terméket némi 1-heptinből képződött Glaser-dimer keletkezése mellett. 202

203 4. ábra Fenilacetilén, paraformaldehid és anilin A 3 -reakciója + (CH 2 ) n + NH 2 NH 7a 14a 15a 16a 5. ábra 1-Heptin, paraformaldehid, és morfolin A 3 -reakciója + (CH 2 ) n + N H 7b 14a 15b 16b N Irodalomjegyzék: [1] A. Fodor, Z. Hell, L. Pirault-Roy; Applyed Catalysis A: General, 2014 (484) [2] A. Fodor, Á. Kiss, N. Debreczeni, Z. Hell, I. Gresits; rganic and Biomolecular Chemistry, 2010 (8)

204 MNSZACHARID ALAPÚ KIRÁLIS KRNAÉTEREK SZINTÉZISE ÉS ALKALMAZÁSA ENANTISZELEKTÍV KATALIZÁTRKÉNT Nemcsok Tamás 1, Rapi Zsolt 1, Bakó Péter 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest Budafoki út 8. Napjainkban a kémia egyik leggyorsabban fejlődő területe a szupramolekuláris kémia. A legszélesebb körben tanulmányozott szupramolekuláris rendszerek a makrociklusokat tartalmazó gazda-vendég komplexek. Ilyen összetett rendszert hoznak létre például a koronaéterek komplexképző hajlamuk révén. A makrociklusok külön csoportját alkotják a királis koronaéterek, amelyek rendelkezhetnek enantiomerfelismerőképességgel, illetve bizonyos reakciókban katalizátorként használva aszimmetrikus indukciót válthatnak ki. Így lehetőség nyílik tiszta enantiomerek előállítására, amelynek igen nagy jelentősége van például a biológiailag aktív anyagok vonatkozásában. A kiralitás hordozói lehetnek szénhidrátok, amelyek természetes, viszonylag könnyen hozzáférhető, általában nem mérgező anyagok. A különféle monoszacharidokból sokféle koronaéter állítható elő, ezek egy része nem csak jó fázistranszfer katalizátor, hanem aszimmetrikus szintézisekben alkalmas enantioszelektív katalizátorok is lehetnek. Kutatómunkánk során új, szénhidrát alapú királis koronaétereket állítottunk elő és vizsgáltuk azok hatását különböző modellreakciókban. E mellett a kutatócsoportunkban már korábban előállított katalizátorok felhasználásával is megvalósítottunk aszimmetrikus szintéziseket. D-Glükózból kiindulva több lépésben előállítottuk a kutatócsoportunkban eddig leghatásosabbnak bizonyult 1 koronaéter [1] nagyobb gyűrűs monoaza-21-korona-7 változatát (2), hogy összehasonlítsuk a gyűrűátmérő növekedésének hatását a komplexképzésre és a kiváltott aszimmetrikus indukcióra. 1. ábra Mindeddig a glükózt ahogyan az 1 és 2 makrociklus esetén is látható glükopiranozid formában építettük be a koronavegyületekbe. Az előadásunk során bemutatjuk új, glükofuranozid alapú monoaza-15-korona-5 típusú makrociklusok szintézisét is (3 és 4). Az egyik esetben a glükofuranozid 3-as, 5-ös és 6-os szénatomján benzilcsoportot alakítottunk ki, majd az 1-es és 2-es H-csoporton építettük ki a 204

205 koronagyűrűt. A másik esetben az 1-es és 2-es H-csoportokat gyűrűs acetálként védtük, a 6-os H-csoportot pedig tritil-funkcióval láttuk el. A makrogyűrűt ebben az esetben a glükofuranozid 3-as és 5-ös hidroxilcsoportjain hoztuk létre. 2. ábra Az előállított három új koronaéter hatását négy modellreakcióban vizsgáltuk. Mind a három makrociklus jó fázistranszfer katalizátornak bizonyult, azonban jelentős aszimmetrikus indukciót egyik sem váltott ki. Például a 3 lariát éter hatására a transzkalkon (5) és 2-nitropropán (6) Michael-addíciójában [2] a 7 addukt jó termeléssel, de csak 15% enantiomerfelesleggel keletkezett (1. ábra). 3. ábra Az 1 és 2 makrociklusok összehasonlítása során megállapítottuk, hogy a gyűrű átmérőjének növelése drasztikusan lerontja a katalizátor hatásosságát. Az általunk előállított 2 koronaéter az α-klóracetofenon (8) és benzaldehid (9) Darzenskondenzációjában nem váltott ki aszimmetrikus indukciót (2. ábra) míg korábban az 1 katalizátor alkalmazásával 71 %-os enatioszelektivitást értünk el. [3] 4. ábra A fent említett kísérleteken kívül a csoportunkban korábban előállított katalizátorok segítségével is valósítottunk meg újabb aszimmetrikus szintéziseket. Jelentős eredményeket értünk el a D-glükózból felépülő (1) és két L-treitol alapú (11, 12) koronaéterek használatával. 205

206 5. ábra Sikeresen valósítottuk meg transz-kalkonok (5, 13a-j) és dietil-acetoximalonát (14) Michael-addícióját (3. ábra). 6. ábra Az 1 α-d-glükopiranozid alapú koronaétert alkalmazva katalizátorként a 15 vegyületeket 15-97%-os enantiomerfelesleggel kaptuk. Azt tapasztaltuk, hogy egyes esetekben az L-treitolból felépülő 11 és 12 koronaéterek hasonló vagy nagyobb aszimmetrikus indukciót váltottak ki, mint az 1 makrociklus. Összefüggéseket állapítottunk meg a kalkonon lévő szubsztituensek minősége, helyzete és a kiváltott aszimmetrikus indukció mértéke között. A Michael-addícióban több terméket kiemelkedő enantioszelektivitással sikerült előállítani. A 15b (R 1 =4-CH 3, R 2 =H) Michael-adduktot az 1 katalizátorral 97 %-os enantiomerfelesleggel kaptuk. A 15e (R 1 =4-Cl, R 2 =H) terméket pedig a 12 koronaéterrel gyakorlatilag enantiomertiszta formában sikerült előállítani (99 % ee). Ugyanebben a reakcióban a hasonló szerkezetű 11 makrociklus szintén kiváló enantioszelektivitást mutatott (90 % ee). Vizsgáltuk továbbá szubsztituált benzilidénmalonitrilek (16a-g) és dietilbrómmalonát (17) ciklopropángyűrű képződésével járó reakcióját. 7. ábra Az 1 makrociklus jelenlétében egyes metoxicsoporttal szubsztituált ciklopropánszármazékokat, például 18e (R = 4-Me) és 18f (R = 3-Me) vegyületet valamelyest nagyobb enantiomerfelesleggel sikerült előállítani (41 % ill. 39 %) mint a helyettesítetlen 18a (R = H) származékot (32 % ee). A többi esetben a szubsztituensek csökkentették az asszimmetrikus indukció mértékét (18-41% ee). Az 11 és 12 koronaéterekkel a 18a (R = H) ciklopropán-származék 51, illetve 38% enantiomerfelesleggel képződött. Megállapítható 206

207 tehát, hogy az L-treitol alapú katalizátorok (11, 12) ebben a reakcióban hatásosabbak voltak, mint az 1 D-glükóz alapú koronaéter. Irodalomjegyzék [1] P. Bakó, E. Czinege, T. Bakó, M. Czugler, L. Tőke; Tetrahedron:Asymmetry, 1999 (10) [2] A. Makó, Zs.Rapi, L. Drahos, Á. Szöllősy, Gy. Keglevich, P.Bakó; Letters in rganic Chemistry, 2010 (7) [3] P.Bakó, Zs.Rapi, Gy. Keglevich; Current rganic Syntesis 2014 (11)

208 KÍSÉRLETEK AZ ASZPIDSZPERMIDÓZ CUKREGYSÉGET TARTALMAZÓ ANALGNJÁNAK ELŐÁLLÍTÁSÁRA Hegedüs Bence 1, Ilkei Viktor 2 és Kalaus György 2 1 MTA Természettudományi Kutatóközpont, Szerves Kémiai Intézet, rganokatalízis kutatócsoport, 1117 Budapest, Magyar tudósok körútja 2. 2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, Szerves Kémia Csoport, 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén működő Alkaloidkémiai Kutatócsoportban évtizedek óta foglalkoznak aszpidoszpermánvázas alkaloidok és rokonvegyületeik szintézisével. Ezen kutatási területhez kapcsolódott BSc szakdolgozatom témájá, az aszpidoszpermidóz nevű alkaloid (1) glükózegységet tartalmazó analogonjának (2) a szintézise. Az aszpidoszpermidózt (1) Atta-ur-Rahman és munkatársai izolálták a Rhazya stricta leveleiből 1987-ben [1]. A molekula két fő szerkezeti egységből áll: az aglükon-rész a (-)-aszpidoszpermidin (3), mely szintén alkaloid, a glikozil-egység pedig egy 4-es helyzetben oxocsoportot tartalmazó glükózszármazék. A 2 szintézisét a (-)-aszpidoszpermidinnek (3) az N 1-es helyzetű nitrogénatomján történő glikozilezésével kívántunk megvalósítani. A 3-at a természetben található (-)-taberzoninból (4) kiindulva három lépésben állítottam elő. 208

209 Az N-glikozilezési reakciókban alkalmazott glükózszármazékokat (5a és b, 7, 8a és b) az irodalmi leírásoknak megfelelően több lépésben D-glükózból (6) állítottam elő. A kapcsolást mindhárom cukorszármazékkal (5a és b, 7, 8a és b) különböző körülmények között megvalósítottam. A 3-at 7-tel nátrium-hidrid jelenlétében, valamint 5a és b-vel katalitikus mennyiségű sósavval telített éterrel toluolban, vagy T3P -vel (11) reagáltatva a 9-et; míg 8a és b-vel szintén T3P (11) jelenlétében a 10-et kaptam. 209

210 Az 9-et katalitikus mennyiségű nátrium-metilát jelenlétében metanolban reagáltatva jutottam el a célvegyületünkhöz, az 1-N-glükopiranozil-aszpidoszpermidinhez (2). [1] Atta-ur-Rahman, Habib-ur-Rehman, I. Ali, M. Alam, S. Perveen; Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1,

211 2,3-DIHIDRKINAZLIN-4(1H)-NK ELŐÁLLÍTÁSA ZELIT KATALÍZISSEL Takács Anna, Fodor Anna, Németh János, Hell Zoltán Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rakpart 3. A szerves kémiai reakciók igen jelentős része egyes adatok szerint kb. 80%-a csak katalizátor jelenlétében, annak segítségével játszódik le. A felhasznált katalizátorok jellemzően savas vagy bázikus karakterűek. A hagyományos bázisok, ásványi savak használata a környezet számára megterhelő: egyrészt előállításuk, másrészt a reakció lejátszódása utáni ártalmatlanításuk miatt, ugyanis nagy mennyiségben keletkezik ezen folyamatok során a környezetre káros hatású hulladék. Emiatt kerültek a kémiai, illetve technológiai kutatások körében a figyelem középpontjába olyan szilárd katalizátorok, melyek kevésbé ártalmasak a környezetre, esetenként regenerálhatóak, aktívabbak, szelektívebbek és könnyebben kezelhetőek, mint hagyományos társaik. Ezek a katalizátorok többnyire ásványi típusú anyagok: természetes, módosított, illetve szintetikus agyagásványok, zeolitok, vegyes oxidok, amelyek a reakcióelegyből könnyen kiszűrhetőek - ezzel rövidítve a feldolgozás idejét - esetenként többször is visszaforgathatóak, nem korrozívak és általában nem mérgezőek. Használatuk után nem jelentenek nagy sav-, illetve lúgterhelést az ipari szennyvizek számára, illetve nincsen szükség a semlegesítésükre. Szerkezetük üreges, ami olykor enyhe körülmények között is regio- vagy sztereoszelektivitást idéz elő a reakciókban. Aktivitásuk növelése megfelelő kezeléssel lehetséges. Problémát okozhat, hogy szilárd anyag lévén erodálhatják az alkalmazott készüléket, ez viszont kiküszöbölhető csőreaktorok használatával. A természetes agyagásványok bányászati hely okozta minőségingadozásának következtében megnőtt az érdeklődés a szintetikus katalizátorok iránt, melyek működését akár optimálni is lehet ph vagy hőmérséklet szerint egy adott feladatra. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén több mint tíz éve foglalkoznak a különböző szilárd savak és bázisok alkalmazhatóságának vizsgálatával szerves szintézisekben. E munka során vizsgáltuk a kis pórusméretű savas karakterű zeolitok alkalmazhatóságát heterociklusos vegyületek szintézisében. Munkánk során főleg Ersorb típusú katalizátorokkal foglalkoztunk. Az Ersorb molekulaszűrő adszorbenscsalád tagjai erősen nedvszívó tulajdonságúak, ezért kiválóan alkalmasak lehetnek kondenzációs reakciókban. Sokrétű alkalmazásukat számos a krakkolás, dealkilezés és polimerizálás területén végzett kísérlet igazolja, savállósságuk is segíti elterjedésüket a vegyiparban. Széleskörű felhasználásukhoz mérten sokféle változatban állítják elő őket. Az általunk használt katalizátorok: Ersorb-4 (E4): 4 Å pórusméretű CaK-vegyeskationos, klinoptilolit hatóanyagú saválló molekulaszűrő adszorbens. Az Erdőkémia Vegyitermékgyártó és Forgalmazó Kft. által készített termék szürkészöld színű, szemcsés anyag. [1] Az anyag 1 g-jának ph-ja 30 cm 3 ioncserélt vízben az egyensúly beállását követően 4,87, ami 10 perc után sem változott. [2] Savasan kezelt Ersorb-4 (E4a): ioncserével állítják elő az E4 adszorbensből, ph-ja 4,35 az E4-gyel azonos körülmények között vizsgálva. [2] 211

212 Az Ersorb adszorbensek viszonylag kis pórusméretüknek köszönhetően csak néhány kismolekulás vegyületet (pl.: víz, sósav, kénhidrogén, metanol, metán, ammónia, stb.) képesek belső felületükön adszorbeálni. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén ennek megfelelően ezen anyagok viselkedését olyan szerves kémiai reakciókban vizsgálták, melyek lejátszódásakor víz-, sósav- vagy metanolkilépés tapasztalható. Sikeres kísérleteket hajtottak végre heterociklusok előállítására olyan reakciókban, melyeknél korábban erős savakat, például kénsavat vagy szerves szulfonsavakat használtak katalizátorként. Az utóbbi években a többkomponensű reakciók vizsgálata előtérbe került a szerves kémiai kutatások során. Ennek oka az, hogy ezekkel a reakciókkal egyszerűen, egy lépésben lehet előállítani gyógyszeripari vagy finomkémiai szempontból fontos vegyületeket, például funkcionalizált heterociklusokat. Munkánk során az Ersorb katalizátorcsalád alkalmazhatóságát vizsgáltuk egy többkomponensű reakcióban, melyben izatoésavanhidrid, egy amin és egy aldehid vesz részt valamilyen oldószer és a katalizátor jelenlétében. [3] A víz és szén-dioxid kilépésével lejátszódó kondenzáció az 1. ábrán látható. 1. ábra + R 1 NH + 2 R 2 E4a N R 1 N H N H R 2 R 1 : aril, alkil R 2 : aril Ezt a szintézist megvalósították már különböző aromás aldehidekkel és aromás, illetve alifás aminokkal, többek közt stroncium(ii)-klorid hexahidrát, citromsav, ecetsav, cink-oxid nanorészecskék, Fe 3 4 nanorészecskék, kénsav és szilikagél, montmorillonit K- 10, valamint mikrohullámú besugárzás hatására L-prolin vagy Amberlyst-15 jelenlétében jó termeléssel, viszonylag rövid reakcióidő alatt, C-on. Az alkalmazott katalizátorok között találhatóak olyanok is, amelyek károsak a környezetre, nem regenerálhatóak vagy drágák. [4-12] Ersorb adszorbenseket alkalmazva a reakciókörülmények optimálása után megvalósítottuk a reakciót különböző amin és aldehid komponensekkel. A reakciókat 80 C-on végeztük, 0,50 g katalizátor jelenlétében 5 mmol izatoésavanhidridből kiindulva. Előzőleg a katalizátort 1 órán keresztül 100 C-os kemencében szárítottuk. A reakcióelegy feldolgozása a katalizátor kiszűrésével, majd a szűrlet bepárlásával történt. E4a katalizátort alkalmazva jó termeléssel játszódott le a többkomponensű kondenzáció etanolban butil-aminnal és aromás aldehidekkel. Aromás aminokkal és aromás aldehidekkel is sikeresen valósítottuk meg a reakciót. Több esetben azonban csak az aminból és az aldehidből levezethető Schiff-bázis, vagy azonosíthatatlan keverék keletkezett, amennyiben a funkciós csoportok mellett nagy térkitöltésű szubsztituens volt orto- vagy meta-helyzetben. Aralkil-aminokkal és benzaldehiddel is megfelelően ment végbe a többkomponensű reakció, amennyiben az aminocsoport a láncvégen helyezkedett el; az aromás gyűrű mellett α-helyzetben kapcsolódó aminocsoport esetén a reakció nem a várt módon zajlott. Alifás aldehid jelenlétében sem alifás, sem aromás aminnal nem játszódott le a reakció. 212

213 Izatoésavanhidrid, butil-amin és benzaldehid reakciójával megállapítottuk, hogy a katalizátor visszaforgatható és újra felhasználható; a második és harmadik kísérletben is kiváló termelést értünk el (93 %, illetve 91 %). [1] [2] Á. Kiss; Szilárd savak és szilárd bázisok szerves kémiai reakciókban; Diplomamunka, BME SzKT Tanszék, 2008 [3] A. Takács, A. Fodor, J. Németh, Z. Hell; Synthetic Communications, 2014 (44) [4] M. Wang, T. T. Zhang, Y. Liang, J. J. Gao; Chinese Chemical Letters, 2011 (22) [5] A. Ghorbani-Choghamarani, T. Taghipour; Letters in rganic Chemistry, 2011 (8) [6] Z. Karimi-Jaberi, R. Arjmandi; Monatshefte für Chemie, 2011 (142) [7] I. Yavari, S. Beheshti; Journal of the Iranian Chemical Society, 2011 (8) [8] Z. Zhang, H. Lü, S. Yang, J. Gao; Journal of Combinatorial Chemistry, 2010 (12) [9] P. Salehi, M. Dabiri, M. A. Zolfigol, M. Baghbanzadeh; Synlett, 2005 (7) [10] P. Salehi, M. Dabiri, M. Baghbanzadeh, M. Bahramnejad; Synthetic Communications, 2006 (36) [11] K. Kumari, D. S. Raghuvanshi, K. N. Singh; Indian Journal of Chemisrty, 2012 (51B) [12] M. P. Surpur, P. R. Singh, S. B. Patil, S. D. Samant; Synthetic Communications, 2007 (37)

214 214 SZERVES KÉMIA IV.

215 NUKLEZID ANALÓGK SZINTÉZISE TILADDÍCIÓVAL Bege Miklós, Herczeg Mihály, Borbás Anikó Debreceni Egyetem, Gyógyszerésztudományi Kar, Gyógyszerészi Kémia Tanszék, 4010 Debrecen, Pf 70 A nukleozidok és származékaik a természetben változatos biológiai funkciókat töltenek be: részt vesznek a jelátviteli folyamatokban, a sejt energiatermelésében és különböző enzimatikus átalakításokban, bizonyos mikroorganizmusok által termelt nukleozid származékok (uridil-peptidek) pedig antibakteriális hatásúak. A nukleotidokból felépülő nukleinsavak pedig a genetikai információ tárolásában, hordozásában, valamint különböző szabályozási és katalitikus folyamatokban vesznek részt. A szintetikus nukleozid analógokat széles körben használják gyógyászati célokra daganatellenes szerként (pl.5-fluoruracil), antibiotikumként, vírusellenes szerként (zidovudin), vagy antimikotikumként (5-fluorocitozin). Az elmúlt évtizedekben előállítottak számos olyan módosított nukleotidot, melyeket szintetikus nukleinsav analógokká összekapcsolva olyan molekulákat nyertek, amelyek egy jelenleg intenzíven kutatott, nagy terápiás potenciállal bíró módszer, a géncsendesítés eszközei lehetnek a jövőben. A géncsendesítés során egy hibás fehérje által okozott betegség gyógyítása a cél az adott hibás fehérjét kódoló gén működésének szelektív gátlásával. Ehhez meghatározott szekvenciájú (a fehérjét kódoló génével, vagy az arról átíródó mrns-sel komplementer) szintetikus nukleinsav analógokat használnak, amelyek a természetes nukleinsavaknál jobb fizikai és kémiai tulajdonságokkal (pl. nagyobb stabilitás) rendelkeznek. Terápiás szempontból ígéretes származékok a peptid-nukleinsavak (PNS v. PNA), melyekben egy polipeptid vázhoz (ált. poli-aminoetilglicinhez) kapcsolódnak a nukleobázisok. A tioladdíció fotokatalitikus, gyökös mechanizmusú reakció, mely során egy terminális alkénre addícionálódik egy tiolcsoportot tartalmazó vegyület. A kivitelezés során először egy UV fény hatására könnyen hasadó iniciátormolekulából (2,2-dimetoxi-2- fenilacetofenon=dpap) homolitikus kötéshasadással szabadgyökök keletkeznek, melyek a tiollal reagálva tiilgyökököket hoznak létre és ezek a gyökök reagálnak az alkénnel (1. ábra). A reakció rendkívül előnyös tulajdonságokkal rendelkezik: nem igényel erélyes körülményeket, sokféle oldószerrel kompatibilis, gyors, egyszerű a végrehajtása és a feldolgozása, a felhasználható vegyületek köre pedig igen széles. Korábban telítetlen szénhidrátszármazékokon -így ribózból képezett 4-exometilén származékon- már tesztelték a reakciót, és teljes regio- és sztereoszelektivitást tapasztaltak, nukleozidon azonban még senki sem hajtott végre korábban tioladdíciót. [1-2] 215

216 1. ábra A tioladdíció során lejátszódó folyamatok A célunk uridin ribóz komponensén képezett exometilén származékra addícionáltatni különböző tiolokat, ily módon újfajta uridin származékokat szintetizálni (2. ábra), amelyek potenciális antimikróbás aktivitással rendelkeznek. Terveink között szerepel továbbá tioladdícióval cisztein-uridin konjugátumokat létrehozni, amelyekből peptidkémiai módszerekkel kémiai szerkezetüket tekintve teljesen új típusú peptid-nukleinsavak építhetőek fel. Ezek a származékok egyrészt potenciális géncsendesítő ágensek, másrészt - mivel szerkezeti rokonságot mutatnak az uridil-peptid antibiotikumokkal- antibakteriális hatással is rendelkezhetnek. 2. ábra Célkitűzéseink Mindehhez először exometilént kellet előállítani az uridinből (3. ábra). Először a 2,3 -di--acetil származékot állítottuk elő, azonban ennek a szintézisútvonalnak a hozama 216

217 nagyon rossz volt. Egy másik útvonalon 2,3 helyzetben izopropilidéneztük az uridint, majd az 5 hidroxilcsoportot tozileztük p-toluolszulfonsavkloriddal, végül t-buk-val elimináltuk a tozilcsoportot, így jó hozammal megkaptuk a tioladdícióhoz szükséges exometilénszármazékot. [3-5] 3. ábra A 4 -exometilén uridin előállítása Az előállított exometilén származékkal már elvégezhető a tioladíció. Az acetilezett származékon végrehajtott reakció nem várt módon diasztereomer keveréket eredményezett (4. ábra). Ezt követően 2,3 --izopropilidén származékon hajtottuk végre a tioladdíciós reakciókat, tiolként 1-tioglükóz-peracetátot, N-acetilciszteint, kaptoprilt és glutationt alkalmaztunk. A reakciók a várakozásainknak megfelelően gyorsan és jó konverzióval mentek végbe. Az 1-tioglükóz-peracetáttal képezett származékot hexán/etil-acetát eluensben tisztítottuk oszlopkromatográfiával és azt tapasztaltuk, hogy a termék egy része elbomlott. A korábbi, tanszéken szerzett tapasztalatok alapján feltételeztük, hogy a termék egy része szulfoxid származékká oxidálódott az etil-acetát tartalmú elegy hatására. [6] A második, diklórmetán/aceton eluensben végzett oszlopkromatográfia során sikeresen izoláltuk a bomlásterméket és a kívánt terméket is. A MALDI-ToF tömegspektrometriai vizsgálat megerősítette a feltételezést, miszerint szulfoxid keletkezett. Az NMR vizsgálat pedig feltárta azt is, hogy várakozásainkkal ellentétben a termék sztereoizomerek keveréke, a reakció tehát nem volt sztereoszelektív. A többi konjugátum megtisztítása folyamatban van. 217

218 4. ábra Tioladdíciós reakciók Összefoglalásként megállapítható, hogy uridin ribóz részén képezett exometilénen végrehajtott tioladdíció nem sztereoszelektív. A peptid-nukleinsavak előállítására a tioladdíció mellett megvizsgáljuk a nukleofil szubsztitúciós módszer alkalmazását is. A kutatás az TKA pályázatának támogatásával valósult meg. [1] M. Fiore, A. Marra, A. Dondoni; The Journal of rganic Chemistry, 2009 (74) [2] L. Lázár, M. Csávás, M. Herczeg, P. Herczegh, A. Borbás; rganic Letters, 2012 (14) [3] M. Fujihashi, T. Ishida, S. Kuroda, L. P. Kotra, E. F. Pai, K. Miki; Journal of the American Chemical Society, 2013 (135) [4] R. Wang, D. H. Steensma, Y. Takaoka, J. W. Yun, T. Kajimoto, C. Wong; Bioorganic & Medicinal Chemistry, 1997 (5) [5] H. Takasu, H. Sajiki, K. Hirota; Heterocycles, 2005 (65) [6] L. Lázár, M. Csávás, Á. Hadházi, M. Herczeg, M. Tóth, L. Somsák, T. Barna, P. Herczegh, A. Borbás; rganic & Biomolecular Chemistry, 2013 (11)

219 KEMSZELEKTÍV GYŰRŰNYITÁSI REAKCIÓK VIZSGÁLATA KÉTFÉLE DIXÁN-ACETÁL VÉDŐCSPRTT TARTALMAZÓ MNSZACHARIDKN Demeter Fruzsina 1, Mező Erika 2, Pap Máté 1, Herczeg Mihály 1, Borbás Anikó 1 1 DE-GYTK, Gyógyszerészi Kémiai Tanszék, 4010 Debrecen Pf.: 70 2 DE-TTK, Szerves Kémiai Tanszék, 4032 Debrecen Egyetem tér 1. Mivel a szénhidrátok polifunkciós vegyületek, és a molekulában lévő hidroxilcsoportok reaktivitása nagyon hasonló, így oligoszacharid-szintéziseknél számos izomer képződhet. Éppen ezért a kémiai szintézisekben nagyon fontos a védőcsoportok alkalmazása, hiszen ezekkel tudjuk befolyásolni, hogy a molekula mely hidroxilcsoportját reagáltatjuk, illetve melyiket zárjuk ki a reakcióból. A ciklikus acetál védőcsoportokat széles körben alkalmazzák a szénhidrátkémiában, mivel alkalmasak a nagyon hasonló reaktivitású hidroxilcsoportok regioszelektív védelmére. A hexopiranozidok 4-es, és 6-os helyzetű hidroxilcsoportja könnyen védhető 1,3-dioxán típusú ciklikus acetálok, pl. 4,6--benzilidén vagy 4,6--izopropilidén formájában; kialakításukra benzaldehidet vagy acetont, illetve ezek dimetil-acetál származékait használják. Vicinális cisz-diolok ugyanezekkel a reagensekkel öttagú, 1,3- dioxolán típusú acetálok formájában védhetők. A vicinális transz-helyzetű hidroxilokból a gyűrűfeszültség miatt nehéz dioxolán acetálokat képezni, ezért védelmükre kidolgoztak olyan csoportokat, melyek két acetálos centrumot tartalmaznak egy feszülésmentes, hattagú, 1,4-dioxán gyűrűben. A diacetál védőcsoportok regioszelektíven alakíthatók ki diketon reagensekkel transz-diekvatoriális diolokon; legelterjedtebb képviselőik a bután- 1,2-diacetál és a ciklohexán-1,2-diacetál [1]. Az acetálok bázikus közegben stabilak, savas hidrolízissel könnyen eltávolíthatóak. További előnyös tulajdonságuk, hogy oxidatív vagy reduktív úton a két védett hidroxilcsoport közül az egyik regioszelektív módon felszabadítható. A 4,6-benzilidéntípusú acetálok reduktív gyűrűnyitásával a reagenstől függően akár a C-4, akár a C-6 hidroxilcsoport felszabadítható, míg a másik H-n könnyen eltávolítható éter védőcsoport alakul ki [2]. Kutatócsoportunkban régóta intenzíven kutatjuk a szénhidrátok acetálképzési reakcióit. Ezen vizsgálatok keretében célul tűztük ki kétféle dioxán-acetált, 2,3-butándiacetált és 4,6-arilmetilén acetált egyidejűleg tartalmazó glüko- és galaktopiranozid származékok előállítását, és a 4,6-acetálgyűrű szelektív reduktív nyitásának vizsgálatát. Bár a szénhidrátkémiában mind a 4,6-arilmetilén acetálok, mind a 2,3-bután-diacetálok nagyon széles körben alkalmazott védőcsoportok, a kétféle dioxán-acetál egy hexopiranozidon való alkalmazására egyetlen irodalmi adat van [3], a tervezett gyűrűnyitási reakciók vizsgálatára azonban egyetlen példa sem található az irodalomban. Elsőként metil--d-glükopiranozidból kiindulva, 2,2,3,3-tetrametoxibután alkalmazásával savas közegben kialakítottuk a bután-diacetál védőcsoportot [4]. A reakcióban két regioizomer termék, a 2,3-- (3) és a 3,4--acetál (4) is keletkezett, melyeket azonban kromatográfiásan nem tudtunk elválasztani, így a következő reakciót a keverékből hajtottuk végre. 219

220 1. ábra: Bután-diacetál védőcsoport kialakítása metil--d-glükopiranozidon A regioizomer keveréket savkatalizátor jelenlétében reagáltattuk 2-naftaldehiddimetilacetállal, benzaldehid-dimetilacetállal vagy p-metoxibenzaldehid-dimetilacetállal, kialakítva így a már meglévő bután-diacetál gyűrű mellé a másik dioxán-típusú acetált. A reakcióban csak a 3 regioizomer reagált el, mivel a 3,4--acetálon sztérikus okok miatt nem tudott kialakulni a második acetál-csoport. Így a teljesen védett származékokat (5, 6, 7) és a 2,6-diolt (4) már könnyen el lehetett választani egymástól. 2. ábra: A második dioxán-acetál gyűrű kialakítása Ezt követően vizsgáltuk, hogy végrehajtható-e a 4,6-acetálgyűrű kemoszelektív gyűrűnyitása a 2,3-diacetál csoport jelenlétében. Kísérleteink során mind a 4--éter, mind a 6--éter származékot elő kívántuk állítani. A 4--éter származékok előállítására LiAlH 4/AlCl 3-os redukciót alkalmaztuk [2]. A reakcióban jó hozammal és szelektivitással képződtek a várt 4--éter származékok (8-10) a 2,3--acetál gyűrű sérülése nélkül. 3. ábra: A dupla acetál származékok gyűrűnyitási reakciói A 6--éter származékok előállítását elsőként Et 3SiH/BF 3 Et 2 reagenskombinációval próbáltuk megvalósítani [5]. A reakciókban csak 15-30% hozammal keletkeztek a 6--éterek (11a, 12a, 13). A benzilidén- és naftilmetilén-származékok redukciója nem bizonyult kemoszelektívnek, mivel a 2,3--bután-diacetál metoxicsoportjai is redukálódtak (11b, 12b). További problémát jelentett, hogy mindhárom reakcióban megtörtént a 4,6-arilmetilén gyűrű hidrolízise is, így melléktermékként megjelent a 3 diol származék a reakcióelegyben. Ez a mellékreakció a p-metoxibenzilidén származék esetében volt a legnagyobb arányú. 220

221 Annak érdekében, hogy a nem várt mellékreakciókat elkerülhessük más reagenskombinációval is megkíséreltük a 6--éter származékok előállítását. A Me 3N BH 3/AlCl 3 kombináció alkalmazásával [6] sikerült kemoszelektív módon végrehajtani a 4,6-acetálgyűrű redukcióját, azonban bizonyos esetekben romlott a regioszelektivitás. A 2-naftilmetilénacetál származékból csak a várt terméket (11a) azonosítottuk a reakcióelegyben, a benzilidén-acetálból 7:2 arányban képződött a megfelelő 6-éter (12a) és 4-éter (9), míg p- metoxibenzilidén-acetál esetében közel 1:1 arányban keletkezett a két regioizomer éter származék (13 és 10). 4. ábra: A diacetál származékok Me3N BH3/AlCl3-os gyűrűnyitási reakciója Folytatva vizsgálatainkat metil--d-glükopiranozidon (14) alakítottuk ki a butándiacetál-gyűrűt. Ezúttal nem acetálcserés reakciót alkalmaztunk, hanem közvetlenül a bután-dion reagenssel hajtottuk végre a reakciót [7]. A reakcióban a 15 és a 16 regioizomerek keverékét kaptuk [4], hasonlóan, mint a metil--d-glükopiranozid származéknál. A regioizomereket itt sem sikerült elválasztani egymástól, ezért a további vizsgálatokhoz az izomerelegyet használtuk fel. A keveréket benzaldehid-dimetilacetállal reagáltatva DMFban, savkatalízis mellett kaptuk a várt származékot (17), amit oszlopkromatográfiás tisztítással választottunk el az el nem reagált 16 dioltól. 5. ábra: Acetál védőcsoportok kialakítása metil-β-d-glükopiranozidon A 17 származékon az előzőekkel analóg módon reduktív gyűrűnyitási reakciókat hajtottunk végre a C-4 és C-6 helyzetű hidroxilcsoportok felszabadítására. Elsőként itt is trietil-szilán és bórtrifluorid-dietiléterát reagensek alkalmazásával próbáltuk előállítani a 6- -éter származékot. A metil--d-származékhoz hasonlóan csak gyenge hozammal sikerült izolálni a várt terméket (18a), mivel itt is megjelent a metoxi-csoportok redukciójával képződő melléktermék (18b), és a poláros bomlástermék (17) is, ami szintén a benzilidén gyűrű hidrolízisével volt magyarázható. A mellékreakciók elkerülése végett megismételtük 221

222 a reakciót Me 3N BH 3/AlCl 3 reagens-kombináció alkalmazásával is, ami szelektív reakcióban 85%-os hozammal eredményezte a várt 6--éter származékot. A LiAlH 4/AlCl 3- os gyűrűnyitási reakcióban, ebben az esetben is, teljes kemo- és regioszelektivitással képződött a 4--éter származék (19). 6. ábra: A metil--d-glükopiranozid származék gyűrűnyitási reakciói Ezek után metil--d-galaktopiranozidon (20) is kialakítottuk a 2,3-bután-diacetál védőcsoportot [4,8]. Ellentétben a glükozid származékokkal, a hidroxilcsoportok térállása miatt itt csak a 2,3--acetál kialakulására volt lehetőség. A képződött terméket (21) benzaldehid-dimetilacetállal reagáltattuk, melynek során kialakult a 4,6--benzilidén-acetál gyűrű is (22). Ezután ezen a vegyületen is tanulmányoztuk a gyűrűnyitási reakciókat. 7. ábra: Acetál gyűrűk kialakítása metil--d-galaktopiranozidon A 21 vegyület 4,6--benzilidén-acetál gyűrűjét először LiAlH 4/AlCl 3 reagensekkel redukáltuk. 8. ábra: A metil--d-galaktopiranozid származék gyűrűnyitási reakciói 222

223 A reakcióban teljes kemo- és regioszelektivitással, 85%-os hozammal képződött a várt 4-éter származék (23). A trietil-szilán és bórtrifluorid-dietil-éterát reagens-kombinációval végzett reakcióban a korábbiakkal ellentétes kemoszelektivitást tapasztaltunk: a benzilidén gyűrű sértetlen maradt és kizárólag a bután-diacetál metoxi-csoportjai redukálódtak; a reakció csekély konverzióval ment végbe, és a metoxi-redukált terméket (24) csak nagyon gyenge hozammal sikerült izolálni. A Me 3N BH 3/AlCl 3 reagens kombináció alkalmazásával azonban jó hozammal tudtuk izolálni a várt 6--éter származékot (25). Összegzésként elmondható, hogy sikerült egy újfajta védőcsoport-kombinációt kidolgoznunk, amellyel két lépésben a molekula négy hidroxilcsoportját védtük egyidejűleg kétféle dioxán típusú acetállal, majd megvalósítottuk 2,3-butándiacetál jelenlétében a 4,6- -arilmetilének kemoszelektív gyűrűnyitását. A LiAlH 4/AlCl 3 és a Me 3N BH 3/AlCl 3 reagens-kombinációval végzett gyűrűnyitási reakció minden esetben teljes kemoszelektivitással ment végbe, mivel a két dioxán-acetál védőcsoport közül csak a 4,6- -arilmetilén csoport reagált. A LiAlH 4-es reakciók esetében a regioszelektivitás is 100%- os volt, kizárólag a 4--éter származékok képződtek. A Me 3N BH 3-os redukcióknál megfigyeltük, hogy a regioszelektivitás mértéke függ az acetál típusától, 2-naftilmetilénacetál esetében csak a várt 6--éter termék képződött, a benzilidének reduktív nyitása is jó regioszelektivitást mutatott, míg p-metoxibenzilidén-acetál esetében közel 1 :1 arányban keletkezett a 4- és 6--éter származék. Meglepő eredmény, hogy a 2,3-butándiacetál könnyen szenved redukciót trietil-szilán és bórtrifluorid-dietil-éterát jelenlétében, így ez a reagens-kombináció nem alkalmas a 4,6--arilmetilén acetálok kemoszelektív nyitására butándiacetál jelenlétében. Köszönetnyilvánítás A kutatás a TÁMP A/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. [1] S. V. Ley, D. K. Baeschlin, D. J. Dixon, A. C. Foster, S. J. Ince, H. W. M. Priepke, D. J. Reynolds; Chem.Rev., 2001 (101) [2] M. Herczeg, L. Lázár, M. hlin, A. Borbás; Carbohydrate Chemistry: Proven Synthetic Methods, Vol. 2, (szerkesztők: G. van der Marel, J. Codée) CRC Press, [3] R. Nasi, B.. Patrick, L. Sim, D. R. Rose, B. M. Pinto; J. rg. Chem., 2008 (73) [4] J.-L. Montchamp, F. Tian, M. E. Hart, J. W. Frost; J. rg. Chem., 1996 (61) [5] S. D. Debenham, E. J. Toone; Tetrahedron: Asymmetry, 2000 (11) [6] A. Borbás, Z. B. Szabó, L. Szilágyi, A. Bényei, A. Lipták, Tetrahedron, 2002 (58) [7] A. Hense, S. V. Ley, H. M. I. sborn, D. R. wen, J.-F. Poisson, S. L. Warriner, K. E. Wesson; J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, [8] S. V. Ley, D. R. wen, Wesson, E. Kieron; J. Chem. Soc. Perkin Trans., 1997 (1)

224 ÚJ TÍPUSÚ NUKLEZIDANALÓGK ELŐÁLLÍTÁSA Kicsák Máté, Varga Szabolcs, Hőgye Fanni, Rőth Józsefné, Borbás Anikó, Herczegh Pál Debreceni Egyetem, Gyógyszerésztudományi Kar, Gyógyszerészi Kémiai Tanszék, 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Az 1990-es években James E. Summerton kidolgozta a morfolino nukleinsav analógokat, [1] melyek a ribóz tetrahidrofurán gyűrűje helyett morfolin-vázat tartalmaznak. A természetes nukleinsavakban megszokott foszfodiészter kötéstől eltérően foszforodiamidát kapcsolja össze a monomer egységeket oligomer vagy polimer lánccá. Az egyik nukleozid morfolin N-atomja egy másik nukleozid 5 -H csoportjához kapcsolódik. Az irodalom az ilyen típusú kovalensen összekötött vegyületeket foszforodiamidát kapcsolt morfolino oligomereknek (PM: Phosphorodiamidate morpholino oligo) nevezi (1. ábra). A PM-k hatásosnak bizonyultak RNS vírusokkal (koronavírus, Ebola vírus, influenzavírus) szemben. Ezen felül antibakteriális és daganatellenes hatásuk is megmutatkozott, valamint gátolják a koronária szűkület kialakulását, és a Duchenne-féle izomdisztrófia kezelésében terápiás szerként ígéretesnek bizonyultak. [2,3] 1. ábra Foszforodiamidát kötést tartalmazó morfolin-vázas nukleotidanalóg részlet Perjodátos oxidációval D-glükopiranozid származékokból a megfelelő 1,5-dialdehid képezhető. A Robinson-Schöpf reakciót alkalmazva a tanszékünkön már korábban előállítottak az előbb említett származékokból királis oxagranatán-vázas heterociklusos vegyületeket [4] (2. ábra). 2. ábra xagranatán Ennek mintájára a ribonukleozidokból az oxidációs reakció után 3-ketoglutársavval és valamilyen primer aminnal olyan áthidalt heterociklus alakítható ki, amelyben szintén megtalálható a morfolin-váz. Ezt a típusú nukleozid származékot a morfolinók mintájára elneveztük oxagranatánónak. Az uridin szekunder hidroxil-csoportjait nátrium-perjodáttal 224

225 oxidáltuk. A dialdehidet benzil-aminnal és 3-oxopentán-1,5-disavval reagáltatva előállítottuk az első oxagranatánó nukleozidanalógot (3. ábra). 3. ábra Az első oxagranatánó előállítása Robinson-Schöpf reakcióval A 2, 3 helyzetben oxidált és gyűrűnyitott dialdehid származékokból például tris(hidroximetil)-aminometánnal (Tris, trometamol) kondenzált triciklusos származékok állíthatók elő (4. ábra). Az oxagranatánók előállítása és tisztítása körülményesebb, ezért az előbb említett módszerrel folytattuk a munkát. Első lépésként terc-butil-dimetilszilil védőcsoporttal láttuk el az uridin és az inozin 5 -H csoportját. Ezután nátrium-perjodáttal oxidáltuk a szekunder hidroxil-csoportokat aldehiddé. A dialdehid származék vízkilépés közben egy heterociklusos vázat alakít ki a Tris-szel, amelyben ugyancsak jelen van a morfolin gyűrű. Az NMR-mérések alapján bizonyos, hogy sztereoszelektív reakcióban egységes termék keletkezik. A TBDMS-védett származékok alkalmasak a másik primer hidroxil-csoport további derivatizálására. Továbbá a szilil-védőcsoportot elhagyva is létrehozható a triciklusos molekula. 4. ábra Kondenzált triciklusos vegyületek előállítása 225

226 Az amino-csoportot tartalmazó ribonukleozidok közül az adenozint trifenilmetilkloriddal reagáltatva ditritil származékot nyertünk. A jól bevált perjodátos reakció után a dialdehidből trometamollal szintén triciklusos nukleozidanalógot kaptunk (5. ábra). 5. ábra Az adenozin átalakítása A kapott vegyületeket antivirális vizsgálatoknak kívánjuk alávetni többfajta vírustörzzsel szemben. Köszönet illeti tanszékünkről Dr. Bakai-Bereczki Ilonát a MALDI-TF mérésekért, illetve Dr. Herczeg Mihályt az NMR spektrumok felvételéért. A kutatás anyagi hátterét az TKA azonosító számú pályázat biztosítja. [1] J. Summerton, D. Weller; Antisense and Nucleic Acid Drug Development, 1997 (7) [2] J. D. Moulton, S. Jiang; Molecules, 2009 (14) [3] H. M. Moulton, J. D. Moulton; Biochimica et Biophysica Acta, 2010 (1798) [4] A. Agócs, P. Herczegh, S. Jager, L. Kiss, G. Batta; Tetrahedron, 2001 (57)

227 MIKR-RNS ANALÓG LIGPEPTID-NUKLEZIDK SZINTÉZISE Molnár József Dénes 1, Pénzes András 1, Bakai-Bereczki Ilona 1, Pénzes Krisztina 2, Herczegh Pál 1, Borbás Anikó 1 1. Debreceni Egyetem, GYTK, Gyógyszerészi Kémiai Tanszék, 4010 Debrecen, Pf Debreceni Egyetem, ÁK, Laboratóriumi Medicina Intézet, Klinikai Laboratóriumi Kutató Tanszék Sejtes illetve magasabb szerveződési szinten a fehérjék esszenciális alkotói szervezetünknek. A fehérjék előállításhoz szükséges információkat a DNS (dezoxiribonukleinsav) őrzi. A sejtmagban tárolt információt hírvivő (messenger) ribonukleinsav (mrns) továbbítja a fehérjeszintézis helyére, a citoplazmába. A DNS meghibásodásával funkcióját vesztett fehérje képződik, amely az esetek többségében betegségek okát jelentheti ban Andrew Fire és Craig Mello Nobel-díjat kapott azon felfedezésért, hogy a sejtek olyan javítómechanizmussal rendelkeznek, amely transzlációs szinten gátolja a káros fehérjék keletkezését. Ezt nevezzük RNS interferenciának. [1] 1. ábra RNS interferencia Rövidítések jelentése: pri: primer; Drosha, Dicer: RNáz III aktivitású enzimek; Pasha: RNS-kötő fehérje; sirns: (small interfering) kis interferáló RNS; RISC: (mirna-induced silencing complex) mirns indukált csendesítő komplex; Argonauta: az RNS degradációban közreműködő fehérje Az RNS interferencia két útvonalon működhet: a duplaszálú, úgynevezett kis interferáló RNS-en (sirns), illetve az egyszálú mikrorns-en (mirns) keresztül. Mind a két esetben a csendesítő komplex (RISC) aktiválásával érhető el a hibás mrns degradációja, és ez által a fehérjeszintézis gátlása. 227

228 Az RNS interferencia felhasználható a géncsendesítő terápiában, mellyel egy adott fehérje termelése hatékonyan, célzottan és tartósan gátolható anélkül, hogy a genetikai kódot megváltoztatnánk. Kutatásunk célja olyan nukleinsav-analóg vegyületek előállítása, amelyek a célzott mrns-sel komplementerek és képesek aktiválni a RISC komplexet. A hatóanyag tervezésnél fontos szempont a cukor-foszfát lánc helyettesítése, mivel a szervezetben jelenlévő nukleázok hasítják a foszfodiészter kötéseket, rontva a biohasznosulást. Ezért a cukor-foszfát lánc helyett oligocisztein gerincet tartalmazó ún. cisztein-nukleinsavak előállítását tűztük ki célul, amelyek a peptid-szintézis eszközeivel építhetők fel ciszteinil-nukleozid monomerekből. A megfelelő specificitás eléréséhez körülbelül 20-as tagszámú vegyület elérése a cél. A tervezett RNS-analógok szintéziséhez uridin, citidin, adenozin és guanozin felhasználásával négyféle ciszteinil-nukleozid monomer egységet kell kialakítani. A megfelelő szintetikus útvonal kidolgozásához az uridinen kezdtük el a munkát (2. ábra). 2. ábra Szintetikus útvonalak ciszteinil-uridin előállátására 228

229 A D-ribóz egység 2,3 -H csoportjainak védelmére izopropilidén-acetált alkalmaztunk (1), ami a nukleofil szubsztitúciós reakcióhoz szükséges lúgos körülmények között stabil, javítja a nukleozid szerves oldószerekben való oldhatósági tulajdonságait, és a szilárdfázisú peptidszintézisnél a gyantáról való trifluorecetsavas-vizes hasítás során hidrolizál, így nincs szükség további védőcsoport-eltávolítási reakcióra. Az L-cisztein aminocsoportját (9-fluorenil)metoxikarbonillal (Fmoc), karboxilcsoportját pedig allilcsoporttal védtük. A szintézis első lépésében az uridin 5 -helyzetébe egy jó távozó csoportot, jódot vittünk be, [2] amellyel elektrofil centrumot hoztunk létre. Ezután a (2) vegyületet reagáltattuk N-(9-fluorenil)metoxikarbonil-cisztein-allil-észterrel (3), majd felszabadítottuk a (4) termék aminosav egységének karboxilcsoportját (5). Az utolsó lépés rossz hozama miatt a nukleofil cserét elvégeztük a szabad karboxilcsoportot tartalmazó N-Fmocciszteinnel (6) is, azonban ez a reakció is rossz kitermeléssel adta a terméket. Végül megpróbáltuk szabad aminosavval végrehajtani a szubsztitúciót, [3] és ezt követően alakítottuk ki az aminosavon az Fmoc védőcsoportot. Ezen az útvonalon (2 7 5) jó hozammal kaptuk az első ciszteinil-nukleozid építőelemet, amelyből szilárdfázisú peptidszintézissel állítjuk elő a (8) oligomer szármzékot. A szintézist jól meghatározott protokoll szerint, Wang gyantán hajtjuk végre. 3. ábra Ciszteinil-adenozin építőelem szintézise Az uridin átalakításával párhuzamosan, más védőcsoportok alkalmazásával próbáltuk elkészíteni az Fmoc védőcsoporttal rendelkező ciszteinil-adenozin származékot. A 2,3 -hidroxil-csoportokat terc-butil-dimetil-szilil (TBDMS) csoportokkal védtük, 5 229

230 helyzetben jódoztuk a ribóz egységet (10), [2] majd a bázis aminocsoportján N.Ndimetilformamid-dimetilacetállal alakítottunk ki védőcsoportot (11) [4]. Ezután a korábbiakhoz hasonlóan N-Fmoc-cisztein-allil-észterrel (3) nukleofil reakciót hajtottunk végre és megkaptuk a teljesen védett ciszteinil-adenozint (12). A cisztein-bevitel rossz hozammal ment végbe, és az allil védőcsoport eltávolításánál tisztítási nehézségekbe ütköztünk, így a peptidszintézisre alkalmas ciszteinil-adenozint (13) csak nagyon kis mennyiségben tudtuk izolálni. Ennek az építőelemnek a szintézisét más védőcsoportokkal, az uridin-származék előállításánál optimált reakcióúton megismételjük. Tervezzük a ciszteinil-citidin és a ciszteinil-guanozin előállítását is az uridinre kidolgozott szintetikus eljárás alapján, és a négy nukleozid építőelem birtokában megkíséreljük géncsendesítésre alkalmas, as tagszámú oligomerek szintézisét. A kutatás az TKA K pályázat keretében valósult meg. [1] A. Dallas, A. V. Vlassov; Medical Science Monitor, 2006 (12) RA67-74 [2] K. kamoto, M. Sakagami, F. Feng, H. Togame, H. Takemoto, S. Ichikawa, A. Matsuda, rganic Letters 2011 (13) [3] R. W. Miles, L.P.C. Nielsen, G. J. Ewing, D.Yin, R. T. Borchardt, M. J. Robins; The Journal of rganic Chemistry 2002 (67) [4] P. H. G. Zarbin, M. A. B. Moreira, J. Haftmann, A. Tröger, S. Franke, J. Kopf, K. Mori, W. Francke, rganic Letters 2010 (12)

231 ANTITUMR HATÁSÚ 13-EPI-ÖSZTRN SZÁRMAZÉKK SZINTÉZISE, SZERKEZET-HATÁS ÖSSZEFÜGGÉSEK Pataki Zoltán 1, Szabó Johanna 1, Wölfling János 1, Schneider Gyula 1, Bózsity Noémi 2, Minorics Renáta 2, Zupkó István 2, Mernyák Erzsébet 1 1 SZTE TTIK Szerves Kémiai Tanszék, H-6720 Szeged, Dóm tér SZTE GYTK Gyógyszerhatástani és Biofarmáciai Intézet, H-6720 Szeged, Eötvös u. 6. A 13α-ösztron a természetes ösztron egylépéses epimerizációjával nyerhető, ösztrogén hatással nem rendelkező vegyület. [1] A közelmúltban kitűnt, hogy egyes 13αösztron származékok antitumor aktivitást mutatnak. [2] Munkánk során a 13α-ösztronból terminális alkint alakítottunk ki, majd az így nyert szteroid-alkineket szubsztituált benzilazidokkal reagáltattuk. Az azid-alkin click -reakciók eredményeként olyan szteroidtriazolokat nyertünk, amelyek hatékonyan gátolják több humán reproduktív tumorsejtvonal osztódását. Az aktív származékok szerkezetét célzottan változtatva, majd a céltermékek antiproliferatív tulajdonságait összevetve, szerkezet-hatás összefüggéseket tártunk fel. 1. ábra Triazolok előállítása a 13-epi-ösztron sorban H HC C CH 2 Br K 2 C 3 H H H H H H HC C CuI PPh 3 bázis N 3 H 2 C R 1 R 2 H H H N N N R 2 = H, =, -H, -H R 1 R 1 = H, CH 3, prop-2-il, t Bu, N 2 231

232 [1] B. Schönecker, C. Lange, M. Kötteritzsch, W. Günther, J. Weston, E. Anders, H. Görls, Conformational design for 13α-steroids, J. rg. Chem (65) [2] A. Berényi, R. Minorics, Z. Iványi, I. csovszki, E. Ducza, M. Thole, J. Messinger, J. Wölfling, G. Mótyán, E. Mernyák, E. Frank, G. Schneider, I. Zupkó, Synthesis and investigation of the anticancer effects of estrone-16-oxime ethers in vitro, Steroids 2013 (78)

233 BILÓGIAILAG AKTÍV ÖSZTRN-DIMEREK SZINTÉZISE Pálházi Balázs 1, Szabó Johanna 1, Wölfling János 1, Schneider Gyula 1, Bózsity Noémi 2, Minorics Renáta 2, Zupkó István 2, Mernyák Erzsébet 1 1 SZTE TTIK Szerves Kémiai Tanszék, H-6720 Szeged, Dóm tér SZTE GYTK Gyógyszerhatástani és Biofarmáciai Intézet, H-6720 Szeged, Eötvös u. 6. A gyógyszerkémia egyik fontos kutatási területe a biológiailag aktív, természetes eredetű vegyületek összekapcsolásával nyerhető konjugátumok szintézise. [1] A közelmúltban kitűnt, hogy egyes szteroid-dimerek jelentős antitumor aktivitást mutatnak. [2] Munkánk célja az volt, hogy olyan ösztron-dimereket képezzünk, amelyek biológiailag aktív szintetikus monomerek összekapcsolásával állíthatók elő. A dimerképzést azid-alkin click -reakcióval valósítottuk meg. Az újszerű heterodimereket antitumor hatásvizsgálatnak vetettük alá, amely eredményei arra utalnak, hogy egyes dimerek a megfelelő monomerek biológiai aktivitását jelentősen túlszárnyalják. 1. ábra Dimerek előállítása az ösztron sorban R = CH 2 H, CH=NH R H N N N H N N N N H [1] L.F. Tietze, H.P. Bell, S. Chandrasekhar, Natural product hybrids as new leads for drug discovery, Angew. Chem. Int. Ed (42) [2] M. Jurasek, P. Dzubak, D. Sedlak, H. Dvorakova, M. Hajduch, P. Bartunek, P. Drasar, Preparation, preliminary screening of new types of steroid conjugates and their activities on steroid receptors, Steroids 2013 (78)

234 A KNFERENCIA ELŐADÓI Név Munkahely cím Bánhegyi András BorsodChem Zrt. Bege Miklós DE Bojtár Márton BME Boldizsár Tamás SZTE Boros Renáta Zsanett BorsodChem Zrt. Bruszel Bella SZTE Capári Dániel PE Csontos Máté DE Csőr Árpád SZTE Csuka Pál BME Demeter Fruzsina DE Démuth Balázs BME Dörgő Gyula PE Dorkó Éva MTA TTK Dvorácskó Szabolcs SZBK Fábián Balázs BME Farkas Éva BME Fehér Péter Pál DE Fiser Gabriella SZBK Fődi Balázs BME 234

235 Név Munkahely cím Fődi Tamás BME Gerencsér Fruzsina PE Gonda Tímea SZTE Gubán Dorottya MTA TTK Gyűjtő Imre BME Gyulai rsolya SZTE Hegedüs Bence Márton MTA TTK Herczegh Tünde Csilla SZTE Hergert Tamás BME Hirsch Edit BME Horváth Barbara PTE Hursán Dorottya SZTE Jedlinszki Nikoletta SZTE Kardos Márton SZTE Kárpáti Zoltán BME Kecskeméti Ádám DE Kicsák Máté DE Kiss Melitta Patrícia PE Kiss Virág DE Koltai András ELTE Kondacs László András BME Kontos János PE 235

236 Név Munkahely cím Kovács Anita SZTE Kuknyó Tímea BorsodChem Zrt. László Balázs SZTE Leitgeb Balázs SZBK Magyar Ágnes BME Mester Dávid BME Mesterházy Edit Éva SZTE Mészáros Brigitta PE Mészáros Rebeka SZTE Mikle Gábor PTE Molnár József Dénes DE Náfrádi Máté SZTE Nagy Flóra BME Navradi Nóra DE Nemcsok Tamás BME Németh Csaba Capriovus Kft Németh Tamás BME sváth Zsófia MTA TTK Pálházi Balázs SZTE Pallagi Attila SZTE Pataj Zoltán SZTE Pataki Zoltán SZTE 236

237 Név Munkahely cím Patocskainé Kunsági Éva BME Petri László BME Rávai Péter DE Remete Attila Márió SZTE Rieder Norbert PE Rojik Eszter BME Rózsa Georgina SZTE Szabó Gergő BME Szloszár Aliz SZTE Szokol Bianka BME Tabajdi Réka SZTE Takács Anna BME Tóth Ildikó SZTE Tóth Tamás DE Varró Gábor BME Vass Ádám MTA TTK Vörös Tamás ELTE 237

238 A ÉVI KÉMIAI ELŐADÓI NAPKAT TÁMGATTÁK: EC FP7 CP SusFoFlex # MTA-SZTE Lendület Pórusos Nanokompozitok Kutatócsoport MTA-SZTE Reakciókinetika és Felületi Kémia Kutatócsoport TÁMP A-11/1/KNV Új, funkcionális anyagok által kiváltott biológiai és környezeti válaszok MTA Szegedi Akadémiai Bizottság Magyar Kémikusok Egyesülete 238