A HUN-REN Természettudományi Kutatóközpont (TTK) vegyészei felfedeztek egy olyan fémmentes katalizátort, aminek segítségével nem csupán egy régóta fennálló szintetikus problémát tudtak megoldani környezetkímélő és gazdaságos módon, hanem új lehetőségeket kínálnak számos új, napjainkban fontos alkalmazási területen. A publikáció már most hatalmas érdeklődést váltott ki, két hét után több mint 16 ezer letöltéssel a Journal of the American Chemical Society (JACS) legolvasottabb cikkévé vált, ami jelzi a felfedezés jelentőségét és relevanciáját mind az akadémiai, mind az ipari szférában.
A Magyar Tudományos Akadémia korábbi elnöke, Pálinkás József által elindított Lendület program keretében valósult meg az a kémiai kutatás, ami mostanra hozta meg gyümölcsét. A Lendület 2009-ben indult, és nem titkolt célja volt a hazai és nemzetközi tudományos életben kimagasló teljesítményű fiatal kutatók támogatása, elvándorlásuk visszaszorítása, az utánpótlás biztosítása. Ez a kezdeményezés az egyik legnagyobb hatású projekt volt az elmúlt 50 évben, megújította az akadémiai hálózatot, egyszerre biztosította a versenyképes kutatási forrást és szabadságot.
Az Organokatalízis Kutatócsoport Soós Tibor vezetésével évek óta organokatalizátorok, azaz fémet nem tartalmazó katalizátorok fejlesztésével és alkalmazásával foglalkozik, e kutatás most áttörő eredményt hozott. Tanulmányuk a világ egyik vezető kémiai folyóiratának, a Journal of the American Chemical Societynek (JACS) a hasábjain jelent meg. Ebben egy olyan új, fémmentes katalizátorcsalád felfedezéséről számolnak be munkatársaival (Adamik Renáta, Dudás Ádám, Gyömöre Ádám, Mészáros Bence Balázs, Gondár Stefánia, Fegyverneki Dániel, a Provivi és AldexChem kollégái, valamint Daru János és Papp Dávid az ELTE-ről), amely
lehetővé teszi az észterek teljesen szelektív, hatékony átalakítását aldehidekké, gyakorlatilag melléktermék keletkezése nélkül.
Ráadásul ez az innovatív megközelítés számos, a korábbi módszereket sújtó problémát kiküszöböl, s egy biztonságos, széles körben alkalmazható és méretnövelhető megoldást kínál a vegyészek számára.
A felfedezés nem csupán alapkutatási eredmény, hanem jelentős innovációs potenciállal is bír. A know-how-t az AldexChem vásárolta meg a HUN-REN TTK-tól, a cég továbbfejlesztette, számos szabadalmat nyújtott be, és ezt a technológiát már licencbe is adta a Provivi cég számára. Ezek az erőfeszítések lehetővé tették a laboratóriumi találmány gyors átültetését az ipari területre, ami már két év alatt meg is valósult, ezzel is bizonyítva a felfedezett módszertan transzformatív lehetőségeit.
Az alapkutatás során kifejlesztett katalizátorok forradalmasíthatják az aldehidek előállítását, megnyitva az utat a biztonságosabb, hatékonyabb és fenntarthatóbb kémiai eljárások előtt, amelyek a zöldebb és fenntarthatóbb mezőgazdasági termelést is támogatják.
Soós Tibor kérdésünkre elmondta, ez a kutatási eredmény az organokatalízis területéhez tartozik, amiért 2021-ben odaítélték a kémiai Nobel-díjat is. Az eddigi törekvések arra irányultak, hogy a korábban alkalmazott fémkatalizátorokat környezetkímélőbb variánsra váltsák le, de mint kifejtette, ennél most több történt. „Felfedeztünk egy olyan katalizátort, ami egy régóta fennálló szintetikus problémára ad megoldást, az észterek aldehidekké történő átalakítására. Katalizátorunk olyan hatékony, mint az enzimek, ráadásul ezekhez hasonló szelektivitással működik, s képes a reakciót félúton, az aldehidállapotnál megállítani.”
Ahogy kihangsúlyozta, ez a katalizátor az alapja az egésznek. A szintetikus kémiában az aldehid gyártása észterből már több mint százéves probléma, ezzel az új módszerrel nemcsak megoldották, de új lehetőséget is kínálnak például a feromonok szintézisének a területén.
A feromonok speciális illatanyagok, amelyek a rovarok szaporodásában játszanak kulcsszerepet. Soós azt is elmondta, hogyan működnek a természetben, miért olyan fontosak a szaporodásban:
A nőstény kibocsátja a fajspecifikus illatanyagot, s a hím ez alapján találja meg. Ha azonban mesterségesen telítenek egy területet feromonnal, ami végeredményben egy természetes vegyület, akkor a hím nem találja meg a nőstényt, nem lesz »rovarfrigy«, s céltalanul bolyong, amíg el nem pusztul. Így nem fog kikelni a kártevők új nemzedéke sem.
Ráadásul ez a feromonos trükk nehezen kijátszható, eddig még nem tapasztalták, hogy rezisztencia alakult volna ki. Tehát a feromonok használata zöldmegoldást kínál a mezőgazdasági kártevők ellen, mert környezetbarát, és fajspecifikus módon lehet gyéríteni a kártevő rovarokat. Bár a módszer ismert és alkalmazott (pl. a szőlő és az alma esetén), széles körű használatát nagymértékben gátolja az, hogy a feromonok viszonylag drága vegyszerek, és így megdrágítják a mezőgazdasági termelést is. A növényvédő szereknek márpedig zöldnek és olcsónak kell lenniük, hiszen az élelmiszerárak nem növekedhetnek az égig.
Éppen ezért különleges a módszerünk első ipari méretű alkalmazása, mert egy alapvető élelmiszer, a rizs fő kártevője ellen kívánják alkalmazni. A terméket nemrég vezette be Indonéziában a Provivi a Syngentával együttműködésben. Redukciós módszerünknek több előnye is van: olcsó, környezetbarát, és annyira szelektív, hogy a túlredukált melléktermékből szinte alig van benne
– mondta.
Ez azért fontos, mert gyártáskor arra is figyelni kell, hogy ne legyen benne túl sok alkohol melléktermék, mert az egy adott szint felett „kiüti” a feromon vonzó hatását, így az illatanyag a kártevőkre már nem hatna. Soós Tibortól azt is megtudtuk, hogy a kémiai szerkezeti hasonlósága miatt módszerük a lipidek területén is kivételes potenciállal bír. Ezek szintézise különösen a Covid miatt került a kutatások előterébe, mivel a Pfizer/Biontech és a Moderna vakcinák egyik legfontosabb, de kevéssé közismert alkotóelemei az ún. ionizálható lipidek. Ezek segítségével lehet becsomagolni az mRNS hatóanyagot, és így a sejtekbe bejuttatni. „E lipidvegyületek szintézise volt azonban a vakcinagyártás szűk keresztmetszete, ugyanis a tisztítási lépések bonyolultsága miatt nagyon nehezen volt méretnövelhető az eljárás, ami lassította a vakcinák gyártását.” Így a vakcinák költségmeghatározó alkotóelemei is ezek a speciális lipidek lettek.
Ezt a szintetikus potenciált a Pfizer/Biontech vakcina ionizálható lipidjének egyszerűsített és méretnövelhető szintézisével is illusztráltuk cikkünkben. A nagyfokú szelektivitásnak köszönhetően egy merőben új szintetikus utat tudtunk kidolgozni, ami mind hatékonyságában, mind tisztaságában meghaladja a korábbi eljárást
– tette hozzá.
Napjainkban az új generációs lipidek fejlesztése világszerte kiemelt kutatási terület, jelentős verseny is van, mert sikeres alkalmazásuk számos betegség esetén nyújt egyedi megoldást. Jelenleg ebben az irányban is zajlanak kutatások és fejlesztések a hasznosító cégben, az AldexChemben.
Az új eredményeket akár a parfümgyártásban is felhasználhatják, az aldehidek ugyanis gyakori és kedvelt összetevői az illatszereknek. Jól látható tehát, hogy egy alapkutatási eredmény akár meglehetősen gyorsan és széles körben is változásokat hozhat, amit akár meg is érezhetünk (az orrunkkal is).
(Borítókép: Egy vietnami munkás egy rizsföldön Hoi An Quang Nam tartományban, Vietnámban 2015. március 18-án. Fotó: Stuart Jenner / Getty Images)