Magyar tudósok cáfolták a katalitikus kémia tavalyi nagy szenzációját

palládiumTavaly szenzációt keltett, amikor egy kínai kutatócsoport azzal állt elő, hogy talált egy fémet egyáltalán nem tartalmazó, teljesen szerves katalizátormolekulát. A dolog túl szép volt ahhoz, hogy igaz legyen.

A szerves kémikusok régóta keresik a palládiumot kiváltó katalizátorokat, mivel – bár katalitikus tulajdonságai kiválóak (és sok a gyógyszeriparban megkerülhetetlen reakció esetében egyenesen pótolhatatlan) – rendkívül drága és mérgező.

A palládium fontosabb fém, mint gondolnánk: a fejlett világ működését megalapozó megannyi kémiai átalakítás alapját jelentő katalizátorok jelentős része nem működne nélküle. A platina és a ródium mellett 1,4 milliárd autó katalizátoraiban is a palládium végzi a kipufogógáz tisztítását, miközben a gépjárművek jelentős mennyiségű nemesfémet, köztük palládiumot juttatnak a légkörbe (ahogy a bányászat is folyamatosan palládiummal szennyezi a levegőt).

Emiatt a palládiumszennyezés teljesen általános a világon: a légkörből leülepedő szemcsék a legérintetlenebb(nek tűnő) régiókban is jelen vannak. Ez sok szempontból problémás (például az elvileg „palládiummentes” kísérletek beszennyeződése miatt is, ahogy az történetünkben még fontos lesz később), de legfőképpen azért, mert a palládiumtartalmú vegyületek toxikusak lehetnek az emberre és a környezetre egyaránt.

Drága és mérgező

Ennek ellenére a palládium számos gyógyszer gyártásának pótolhatatlan eszköze, hiszen nem ismert még egy olyan anyag, amelyből készített katalizátorok hasonló hatékonysággal képesek egymáshoz kapcsolni a szénatomokat – pedig ez a modern gyógyszermolekulák gyártásának egyik alapvető kémiai átalakítása. Ennek köszönhetően ma már számos gyógyszerhatóanyag (vagy alapanyagai) gyártása során használnak palládiumkatalizátort. A reakció gyógyszeripari jelentőségét jól mutatja, hogy felfedezői, Szuzuki Akira, Negisi Ei-icsi és Richard Heck kémiai Nobel-díjat kaptak érte 2010-ben. Ugyanakkor, bármennyire kiválóak is a fém katalitikus tulajdonságai, drágább, mint az arany, mérgező volta miatt pedig a gyógyszergyártásban a termékeket hihetetlen óvatossággal kell tisztítani, hogy csak milliomod- vagy milliárdomodrész (ppm és ppb) palládium maradjon bennük. Ez természetesen növeli a költségeket. Egy jellemző példa szerint három kilogramm gyógyszerhatóanyag alapanyagai 250 ezer dollárba kerülnek, de a gyártáshoz használt palládium ára százezer dollár, amihez jön még a tisztítás harmincezres költsége.

„A palládiumalapú katalitikus reakciók kifejlesztése forradalmasította a szerves kémiát, hiszen olyan kémiai átalakításokat lehetett a segítségével megvalósítani, amelyek korábban elképzelhetetlenek voltak – mondja Novák Zoltán, az ELTE Lendület Katalízis és Szerves Szintézisek Kutatócsoport vezetője. – Ezeknek az új átalakításoknak az volt a nagy előnyük, hogy kevésbé toxikus és könnyebben elérhető reakciópartnerek segítségével lehetett felépíteni a molekulákat. Ma már több ezerféle, változatos funkciós csoporttal ellátott, de azonos kapcsolódási ponttal rendelkező építőelem érhető el.”

Lelkesedés és szkepszis

Egyértelmű tehát, hogy hatalmas lenne az igény a palládium olcsóbb és biztonságosabb, alternatív katalizátorokkal való kiváltására. Sokan próbálkoznak ezzel, és időnként be is jelentik a sikert, de a sokszor lejátszódott forgatókönyv szerint a kezdeti lelkesedést hamar a csalódás követi, mivel kiderül, hogy tévedésről volt szó. A hibák leggyakoribb oka az, hogy egy olyan minimális koncentrációban is jól működő katalizátor esetében, mint a palládium, egyáltalán nem egyértelmű, hogy pontosan mely jelen lévő molekulák katalizálják a reakciót: azok, amelyeket a kutatók szándékosan adnak a rendszerhez, vagy a minimális mennyiségű szennyezés.

2021-ben mindenesetre egy ideig úgy tűnt, hogy végre megvan a megoldás: a kínai Hefei Műszaki Egyetem kutatói a Nature Catalysis folyóiratban közölték, hogy egy amintípusú katalizátorral (tehát nem palládiummal) sikerült megvalósítaniuk a gyógyszergyártásban központi jelentőségű Szuzuki–Miaura-féle kapcsolási reakciót. Ha helyesnek bizonyul az eredmény, az teljesen új pályára állította volna a gyógyszergyártást. A hírt egyszerre kísérte lelkesedés a gyógyszeripar részéről és szkepszis a sokat látott katalíziskutatók körében.

A tudomány gyors önkorrekciós képességét jól mutatja, hogy az eredeti publikáció megjelenése utáni két-három hónapban már három cáfolat is megjelent preprint (nem lektorált kézirat) formában, leggyorsabban a Novák Zoltán és Tolnai Gergely által vezetett együttműködés eredményeként, és a tanulmány azóta megjelent a Nature Catalysisben is.

A palládiumtisztítás kötelezettsége a gyógyszeriparban nemcsak többletköltséget jelent, de sok időbe is kerül. Novák Zoltán szerint akár kétszer hosszabb ideig is tarthat, míg a termékből teljesen kivonják a palládiumot, mint ameddig magát az eljárást kifejlesztették. A katalizátorfejlesztés ezért azt célozza, hogy minél hatékonyabbá váljanak a katalizátorok, mert így egyre kevesebbet kell belőlük a rendszerhez adni, amit később majd könnyebb lesz kitisztítani.

„Az igazán nagy áttörést azonban az jelentené, ha ugyanazt a reakciót palládium nélkül is meg tudnánk valósítani. Ezért keltett akkora feltűnést 2021-ben a kínai szerzők által írt cikk. Minthogy azonban mi már közel húsz éve ezen a területen dolgozunk, és a múltban is történtek hasonló tévedések, az ember hamar észreveszi a tudományos munkákban a hiba lehetőségét. A tanulmányból látszott, hogy a kutatók nem lehettek teljesen biztosak abban, hogy valóban az az összetevő végzi el a reakciót, amelyre ők gondoltak” – mondta Novák Zoltán.

A gyanú beigazolódott

Novák Zoltán és kutatócsoportja már több mint tíz évvel ezelőtt, egy másik reakció esetén is bizonyította, hogy egy olyan reakcióban, amelyről más kutatók azt gondolták, hogy rézkatalizált, valójában a palládium működött katalizátorként. Vagyis a palládiumszennyezés okozta katalízis egyáltalán nem ismeretlen jelenség. A magyar kutatóknak már nagy rutinjuk van abban, hogy egy minimális mennyiségben jelen lévő katalizátort is kimutassanak. Így a fémmentes átalakítást leíró cikk megjelenése után azonnal feltűnt nekik néhány hibalehetőség, amelynek villámgyorsan kísérletesen is utánajártak.

A sietséget az is indokolta, hogy olyan nagy volt a lelkesedés a szakmában a látszólagos áttörés miatt, hogy sok kutatócsoport, sőt gyógyszeripari cég is már azt tervezte, hogy a felfedezésen alapuló módszereket fejleszt – ami kutatási műtermék esetén csupán kidobott idő és pénz lett volna.

„Pillanatok alatt összeállt az ELTE-n belül több kutatócsoportból (Adamik Réka, Béke Ferenc, Csenki János, Daru János, Gavaldik Regina, Gonda Zsombor, Nagy Bálint, Novák Zoltán, Tolnai Gergely, Varga Bálint) és a Természettudományi Kutatóközpont munkatársából (May Zoltán) szervezett stáb, és igen intenzív, célirányos kutatás kezdődött. A kulcsfontosságú alapanyag megérkezése után alig telt el három hét, és már meg is jelentettük preprint formában a cikkünket a kínai tanulmány cáfolataként – mondja Novák Zoltán. – Ezt azt kívánta meg, hogy tíz-tizenegy ember szó szerint éjjel-nappal dolgozzon ebben az időszakban. A gyanúnk végül beigazolódott: bebizonyítottuk, hogy a vélekedésekkel ellentétben a palládium felelős a katalízisért.”

Ahogy a Nature riportjában is elmondták, a magyar kutatók szinte már kényszeresen tartanak a palládiumszennyezéstől, hiszen a modern technológiai környezetben, különösen egy vegyipari alapanyagokkal foglalkozó laborban, alig lehet elkerülni, hogy nyomnyi mennyiségben ne legyen jelen palládium. A fémmentes eljárás kidolgozói olyan alapvető hibát is elkövettek, hogy bár a konkrét kísérletben nem használtak palládiumot, de egyes alapanyagokat palládiumkatalízissel állítottak elő, így azokban maradhatott az anyagból. Az ELTE vegyészei ugyanazt a spatulát, amellyel más anyagokat is kezelnek, a palládiumhoz nem használják, sőt a laborban elkülönített hely van kijelölve a fémmel való munkára.

„Kicsit babonásak vagyunk mindennel, aminek köze van a palládiumhoz” – nyilatkozta a Nature-nek a cáfolatcikk egy másik szerzője, Tolnai Gergely, az ELTE TTK Kémiai Intézet kutatócsoport-vezető adjunktusa. Az ELTE munkatársai elmondták: rengeteg megkeresés érkezett ismerős és ismeretlen vegyész kollégáktól, akik nagyon hálásak azért, hogy még idejében kimutatták, hogy csak műtermékről van szó, mielőtt még nagyon félrevitte volna a kutatásaikat a téves feltételezés. A kritikák hatására az eredeti cikket a szerzőkkel egyetértésben a Nature Catalysis visszavonta. Az eredeti szerzők nem nyilatkoznak az incidensről (valószínűleg nem túl boldogok). Egy közleményt adtak ki, amelyben elismerik, hogy „tévesen ítélték meg” kísérletük eredményeit, illetve hozzáteszik, hogy „ez az eset és sok korábbi jelentés is jól mutatja, mekkora kihívást jelent a nem palládiummal katalizált klasszikus kapcsolási reakció megvalósítása”.


 

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.

Next Post

A bankok lassan a saját kezükbe veszik az it-fejlesztéseiket

szo júl 30 , 2022
Az elmúlt húsz évben robbanásszerű változás történt a bankok digitalizációja terén. 1990 körül jelent meg a bankoknál az online ügyintézés lehetősége, de Magyarországon a 2000-es években még csupán 37 ezer ügyfél volt, aki rendelkezett internet banki szolgáltatással – állítja Szögi Ágnes, az Erste Bank digitális csatornákért felelős vezetője. Hozzátette, hogy […]
Szögi Ágnes, az Erste Bank digitális csatornákért felelős vezetője