Skodáné Földes Rita

A karbonilezési reakciókban szén-monoxidot építünk be szerves molekulákba, katalizátor jelenlétében. Nem is maga a reakció, hanem az így kialakuló molekularészlet lehet fontos, mert ez számos gyógyszerben, biológiai hatással rendelkező molekulában megjelenik.

Az eddig alkalmazott módszerek zömében a katalizátor nem használható fel újra – a reakció után elveszítjük (oldatban marad). Ezért a mostani kutatásban arra fektettük a hangsúlyt, hogy olyan katalizátorokat dolgozzunk ki, amelyek egyszerű szűréssel eltávolíthatók – és így visszanyerhetők – a reakcióelegyből. Ezeket a katalizátorokat hordozóra „ültetjük”, ezért szilárd anyagként jelennek meg az oldatban: heterogén katalizátorok. A katalizátorként működő fém – esetünkben palládium – rendszerint szennyezi a terméket, amit csak nagyon korlátozottan engedhetünk meg, amikor gyógyszerkémiában használható molekula előállítására dolgozunk ki módszert. Tehát ezt a szennyezést is meg kell akadályoznunk.

Miért mostanra vált kutatási témává a karbonilezési reakciók katalizálása?

A szén-szén kötés kialakítását elősegítő reakciókért – a karbonilezés is ilyen – csak 2010-ben kapott Nobel-díjat Richard F. Heck, Negishi Ei-ichi és Suzuki Akira. Minden olyan reakció, amelyben új szén-szén kötés képződik, nagyon hasznos lehet, mert módosítja egy molekula szénvázát. A szerves kémiában viszonylag ritkák az ilyen típusú reakciók, vagy inkább ritkák voltak, az átmenetifém-katalizált folyamatok megjelenésével rohamosan bővült a körük. A Nobel-díjas kutatók homogén katalitikus módszert dolgoztak ki. Ilyenkor a katalizátor oldódik a reakcióelegyben – ahogy mondtam, elvész a reakció végén –, és a terméktől is el kell még választani, de legtöbbször így sem használható fel újra.

Karbonilezési reakciók sémája

Önök viszont új típusú katalizátort használnak, amelyben a katalizátor nem közvetlenül a hordozóhoz, hanem a hordozón rögzített folyadékhoz kötődik.

Akármennyire szeretnénk heterogén katalizátort készíteni, mindig kérdés, hol játszódik le a reakció: az oldatban vagy a szilárd katalizátor felületén. Nagyon sokszor az oldatban, és optimális esetben a katalizátor újra kiválik a hordozóra.

Mi annak próbálunk meg utánajárni, hogy az apró módosítások hogyan befolyásolják a katalizátor működését. A szilárd hordozóról mindig bekerül valamennyi fém az oldatba, és mi azt szeretnénk elérni, hogy minél kevesebb fém „szabaduljon el” – hiszen az oldatból a termékbe is jut belőle. Szintén fontos szempont, hogy a szilárd hordozón maradó katalizátor ne veszítse el a hatékonyságát. Ehhez stabilizálni kell a katalizátort.  

Eddig még nem beszéltünk arról, hogy nem csak egyfajta termék keletkezhet a reakcióban. Mi azt szeretnénk, hogy hol ilyen, hol olyan képződjön a körülményektől függően, tehát flexibilesebb legyen a katalizátor: ha valaki egyszer megvásárolja, akár az egyik, akár a másik célra is felhasználhassa.

Kik vásárolnák meg a katalizátort: a kutatók vagy a gyártók?

Egyelőre természetesen alapkutatáshoz használnák, de mindig reménykedünk abban, hogy az iparban is észreveszik a katalizátorunkat. Hiszen a homogén katalízis módszere éppen azért nem terjedt el az iparban, mert a palládiumkatalizátor drága. Persze, a „drágaságot” a termékhez kell mérni: az értékes hatóanyag a költséges katalizátort is elviseli. A heterogén katalízis amiatt mindenképpen előnyösebb, hogy nem szennyezi a terméket. De más is szól mellette. Egyes ipari műveletekben nem szakaszos, hanem folyamatos reaktorokat használnak: a katalizátort a reaktortérbe helyezik, és a reaktorba folyamatosan táplálják be a kiindulási vegyületek oldatát, a végén pedig elvezetik a terméket. Ilyenkor csak hordozós katalizátorokkal lehet dolgozni.

Az ipari megvalósítás nem rajtunk múlik, de örülnénk, ha sor kerülne rá.

Silberer Vera