Kémia | Tanulmányok, esszék » Kovács Lajos - Színek, illatok

kémia Új mérföldkövünk Második lapalapítónkkal, Dala Lászlóval a hetvenes évek végén folyóiratunk múltjáról és jövőjéről beszélgettem a Mártírok útján (ma Margit körút) lévő társbérleti szobájában. Laci bácsi elmesélte, miként kellett megváltoztatnia az 1869-ben alapított folyóiratunk Természettudományi Közlöny nevét 1968ban Természet Világára. Cserébe színes címlapot kapott a Hírlapkiadó Vállalat vezérigazgatójától. Beszélgetésünkkor arról álmodozott, milyen jó lenne, ha folyóiratunknak mind a négy borítóoldala színes lehetne. Később az lett A belső oldalak azonban továbbra is a 140 éves fekete-fehér köntöst viselték. Szegény ember olyan kalappal köszön, amilyen van neki, azzal bíztattuk egymást, hogy nekünk a belső tartalmunkkal kell színesnek lennünk. Tudtuk, persze, ez csak a magunk vigasztalása, hiszen a tartalom és a forma nagyon is összefügg, a színes képanyaggal a közlendő

információtartalom is sokszorosára bővülhet. Először a múlt év végén megjelenő Földközelben a világűr különszámunk szakította meg a fekete-fehér „hagyományt”. A Magyar Űrkutatási Iroda hathatós támogatásával megjelent kiadványunk már teljes egészében színes folyóirat lehetett, utat mutatva jövőnk felé. Alapszámaink közül a szeptemberi, amit most kezében tart kedves Olvasónk, az első színes lapszámunk. Ami más színes lapnak már hétköznapi, nekünk most ünnepi pillanat. A tudományos ismeretterjesztő folyóiratok hazai doyenje, a Magyar Örökség-díjas Természet Világa eljutott a színes megjelenéshez. Mielőtt azonban örömtüzet gyújtanánk, el kell mondanom, hogy egyelőre csak három ez évi számunkat tudjuk színesben megjelentetni az Országos Tudományos Alapprogramoktól (OTKA) erre a célra pályázattal elnyert támogatásból. Elárulhatom, a Csillagászat Nemzetközi Éve tiszteletére megjelenő Feltárul a

Világegyetem különszámunk is színes kiadvány lesz. Ígérem, azon leszünk, hogy az ilyen örömünnepeinket mindennapossá (bocsánat, minden hónapossá) tegyük. Minden kedves olvasónkat szeretettel köszöntöm: Kovács Lajos Színek, illatok  Kémiai szintézisek Polányi Mihály (1891–1976) emlékének A kémiai tudományok és a rajtuk alapuló technológiák jelenlegi életformánk fenntartásában megkerülhetetlen szerepet játszanak. Ugyanakkor a laikus közvélemény ezt a civilizációs szerepet nem ismeri el, a vívmányokat maguktól értetődőnek tartja, a kémiai jelenségekkel szemben igen gyakran értetlenül, néha pedig ellenségesen viselkedik. Korunk szinte minden globális problémájának megoldásában (energia-, nyersanyag- és élelmiszer-ellátás, vízgazdálkodás, egészségügyi ellátás, járványok elleni küzdelem, éghajlatváltozás, környezetszennyezés) fontos szerep vár a kémiára. Ez a sajátos, rejtőzködő és

megkerülhetetlen anyagtudomány, amelyből számos elágazás kezdődik más emberi tevékenységek felé, az anyagi világ vizsgálatával és anyagok előállításával foglalkozik. Ennek megfelelően két fontos területe az anyagok elemzése (analízis) és bonyolultabb anyagok egyszerűbbekből történő előállítása (szintézis). A kémiai szintézisek kapcsán feltehetően a legtöbb embernek a vegyipar és a rokon iparágak (kőolaj- és földgázfeldolgozás, gumi, műanyagok, vegyi szálak, műszaki, háztartásvegyipari és kozmetikai termékek, festékek, színezékek, gyógyszerek, üveg és kerámia gyártása) jutnak eszébe. Ugyanakkor a Földön és a világűrben lejátszódó természetes folyamatok, életfolyamatok (bioszintézis) jelentős része szintén kémiai szintézisen alapul. További emberi tevékenységeket is említhetünk [fémkohászat, építő-, textil-, papír- és élelmiszeripar, bőrfeldolgozás, mezőgazdaság (fotoszintézis!),

biotechnológia, elektronika, anyagtudomány, nanotechnológia stb.], amelyekkel kapcsolatban nem szokás a kémiai szintézisekről beszélni, pedig igen fontos szerepet töltenek be ezeken a területeken is. Általában elmondható, hogy a kémiai szintézisek tárgya ismert és új anyagok előállítása kémiai módszerekkel Az előállított anyagok túlnyomó része ismert anyag, ugyanakkor ezen anyagok jelenlétét és hozzáférhetőségét nem igazán méltá- nyoljuk, pedig ez korántsem magától értetődő: rengeteg emberi munkára volt szükség a múltban, de a jelenben és a jövőben is szükséges ahhoz, hogy ezek az anyagok minden nap a rendelkezésünkre álljanak. Olyan ez, mint a mesebeli só: amíg van, senkit sem érdekel, de ha elfogyna, mindenki azonnal észrevenné. Más tudományoktól, de a kémia többi ágától is eltérően a szintetikus kémia az anyagot nem fekete doboznak tekinti, hanem olyannak, amit szét lehet szedni és újra összerakni,

ugyanúgy vagy másként. Ennek megfelelően a szintetikus vegyészek nagyobb kockázatot vállalnak azoknál, akik ezeket az anyagokat készen kapják vizsgálatra, további feldolgozásra vagy egyszerűen csak, a szó legtágabb értelmében, fogyasztásra. Színes. A színek és a színes anyagok megkülönböztetett szerepet töltenek be életünkben. A kémiai szintézisek kapcsolata a színes anyagokkal igen mély és sokrétű. Az ipari forradalom előrehaladásával egyre több vasra és acélra volt szükség, amelynek viszont növekvő kőszénfelhasználást jelentett. Ez utóbbi mellékterméke a kőszénkátrány, amely átalakítása vezetett el az ún. kátrányfestékekhez Történetünk kezdetén, 1856-ban egy akkor 18 éves fiatalember, William Henry Perkin (1838–1907) azt a feladatot kapta főnökétől, August Wilhelm von Hofmanntól (1818–1892), hogy vizsgálja meg az N-alliltoluidin esetleges oxidációját kininné. Mai szemmel nézve ez abszurd

célkitűzés volt, mert ugyan ismerték a két anyag összegképletét és a feltételezett átalakulás formailag lehetséges (2 C10H13N + 3 O = C20H24N2O2 + H2O), de nem voltak tisztában a szén négyvegyértékűségével, az aromás vegyületek mibenlétével és nem álltak rendelkezésükre tiszta anyagok. A reakció természetesen nem sikerült, ekkor Perkin az egyszerűbb (ám más Budapest, 2009. augusztus 12 STAAR GYULA főszerkesztő 386 1 A Szabadegyetem–Szeged rendezvényén 2009. május 6-án elhangzott előadás rövídített és szerkesztett változata Az előadás, annak ábraanyaga és a referenciák az alábbi honlapokon tekinthetők meg: http://www.u-szegedhu/oktatas/program/szines-illatos-budos, http://wwwmdcheu-szegedhu/~kovacs/ szines illatos budos.pps, http://wwwmdcheu-szegedhu/~kovacs/szines illatos budospdf Természet Világa 2009. szeptember kémia ugyanakkor idegszövetek szelektív festésére is anyagokkal is szennyezett) anilinre tért át és

alkalmas. Ez utóbbi tulajdonság vezette el Paul kis mennyiségben egy ragyogó ibolyaszínű Ehrlichet (1854–1915, orvosi Nobel-díj: 1908; anyagot nyert, a róla elnevezett Perkin-ibolyát, amely később a mauvéine nevet kapta a szifilisz ellen használt Salvarsan felfedezője, 1912) a tuberkulózis baktériumának azonosía francia mauve [mályva(színű)] szó alapján tásához. A metilénkéket methemoglobinémia (1. ábra) A szabadalmaztatott mauvéine tarés malária gyógyítására is használják Egy tós színezéknek bizonyult, hatalmas üzleti simásik színezék, a prontosil nevű azofesték kert aratott és Perkint gazdaggá tette. Szerkezetének tisztázása még hosszú ideig váratott Gerhard Domagk (1895–1964, orvosi Nobeldíj: 1939) munkássága nyomagára (1888–1893, O. P Fischer, E. Hepp; 1896, R mán vált baktériumok elNietzki), és még nemrég is leni gyógyszerré. Domagkvizsgálták (1994, O Methnak meg kellett küzdenie Cohn, M. Smith; 2007, A

kortársai értetlenségével, és J. Parola és mások), mert eredményeit akkortól kezdkiderült, hogy több anyag ve ismerték el, hogy híres betegei is voltak (Franklin keveréke, de ez nem akaDelano Roosevelt amerikai dályozta a felhasználását. elnök fia és Winston ChurPerkinnek tehát nem sikerült kinint előállítani, erre chill). A prontosilról kidemég hosszú ideig várni kelrült, hogy a szulfonamidok lett, azonban a mauvéine előfutára, amelyek a bétanyomán kibontakozó színelaktám antibiotikumok felzékipar a szerves vegyipar fedezéséig a legfontosabb bölcsőjévé vált, a színezébaktériumellenes szerek közé tartoztak. kek előállítása kapcsán elő1. ábra Charles Rees A színek és színezékek kerülő új ismeretek óriási lökést adtak a szerves ké- professzor eredeti Perkin-ibolya kapcsán meg kell említeszínezékkel festett csokormiai szintetikus módszerek nünk a színek hiányát, ilnyakkendővel és a Perkin fejlődésének.

letve a fehér színt és beA kinint tartalmazó kí- Transactions 1 folyóirat egyik szélnünk kell a hidrogénpéldányával (kép: Wikimedia nafakérget a XVII. századperoxidról A hidrogén és Commons, Henry S. Rzepa) oxigén H2O2 összetételű veban kezdték használni malária ellen. A fa kérgéből a gyülete papír, textil, haj és fogak színtelenítő- és fehérítőszere, ipari és latiszta kinint 1817-ben nyerték ki először (P. J Pelletier és J. B Caventou) Kínafatermeszboratóriumi oxidálószer, fertőtlenítő- és szagtés (Cinchona fajok) a XIX század végéig kitalanítószer, vízmentes állapotban lökhajtásos repülőgépek és rakéták üzemanyaga. 2009zárólag Peruban és a környező országokban ben a várható világszükséglet 3,8 millió tonfolyt, amelyek megtiltották a magvak exportna, azaz fejenként kb. 0,5 kg-ot „fogyasztunk” ját, azonban a holland kormány kicsempészte a magvakat és Jáva szigetén az 1930-as évekbelőle

évente. A hidrogén-peroxid a termében már a világtermés 97%-át állították elő szetben folyamatosan keletkezik a biológiai A II. világháború alatt a németek megszállták oxidáció során. Az oxigénből első lépésben Hollandiát, Jávát pedig a japánok, így a szöveta rendkívül agresszív szuperoxid gyökanion ségesek nem tudtak kininhez hozzáférni. A trókeletkezik és ennek hatástalanítására két enzim, a szuperoxid diszmutáz és a kataláz szolpusi hadszíntereken is harcot folytató Egyesült Államok a Fülöp-szigetekről szerzett magvagál. Normális körülmények között a hidrokat és Costa Ricán kezdte el a kínafa termeszgén-peroxid koncentrációja a mikromól/liter tését, de a késedelem 60 000 katonája életébe koncentrációtartományba esik (egy mikromól került. Az első teljes, laboratóriumi szintézist a hidrogén-peroxid tömege 34 mikrogramm). Amennyiben, egyelőre tisztázatlan okok miatt, háború alatt (1944) közölte

R. B Woodward ennél lényegesen több jelenik meg (az emlí(1917–1979, kémiai Nobel-díj: 1965) és W. E Doering (1917); a hír akkor a The New York Titett koncentráció kb. 1000-szeresére nő), akmes címlapjára került A kinin fontos szerepet kor az előbbi enzimek már nem tudják ellátni a feladatukat, a bőr és hajszálak természetes töltött be Afrika európai gyarmatosításában a pigmentációjáért felelős melanin képződése malária elleni védekezés révén. Ma már szálecsökken és bekövetkezik a hajszálak őszümos, hatékonyabb maláriaellenes szer ismert, lése. Hasonló jelenség az oka a vitiligo nevű de a kininre időnként még mindig szükség van, illetve számos termékben (pl. tonik) találpigmenthiányos bőrbetegségnek is kozhatunk vele. A hidrogén-peroxid az élővilágban másutt Színezékeket nem csak színezésre használis előfordul. A tüzérbogarak családja mintegy 500 rovart foglal magában, és ezek az állahatunk.

Említenünk kell a fenolftaleint [1871, Adolf von Baeyer (1835–1917), kémiai Nobeltok sajátos módon védekeznek ellenségeikkel díj: 1905], amely ismert sav-bázis indikátor, de szemben. A potrohukban található szervek seVámossy Zoltán felismerése nyomán (1902) gítségével hidrokinont oxidálnak hidrogénma is alkalmazott hashajtó. A metilénkék peroxid, kataláz és peroxidáz enzimek segítsé(Heinrich Caro, 1876) ismert redox indikátor, gével, így a keletkező 1,4-benzokinon és akár Természettudományi Közlöny 140. évf 9 füzet 100 °C hőmérsékletű vízgőz segítségével lefröcskölik a támadójukat. Ezt az egyszerű vegyületet meglehetősen nehéz előállítani. A hidrogén-peroxid legjelentősebb részét antracénszármazékok oxidációjának melléktermékeként nyerik egy 70 évvel ezelőtt szabadalmaztatott német eljárás segítségével. Természetesen régóta foglalkoztatja a szakembereket, hogyan lehetne a vegyülethez egyszerűbben

hozzájutni. Az elemeiből, hidrogénből és oxigénből kiinduló eljárással (H2 + O2 H2O2) az a gond, hogy könnyen „túlszalad”, azaz vízképződésig megy a folyamat (pl. H2O2 + H2 2 H2O) Egy 2009-ben közölt eredmény alapján van remény arra, hogy egy salétromsavval vagy ecetsavval kezelt, 2,5% aranyat és ugyanennyi palládiumot aktív szénen tartalmazó katalizátor segítségével 98%-ot meghaladó szelektivitással lehet hidrogén-peroxidot nyerni hidrogénből és oxigénből. Azt persze még nem tudjuk, hogy vajon ez az eljárás fogja-e felváltani az antrakinonos módszert. Illatos. A színek mellett a növényekben, állatokban, élelmiszerekben, kozmetikumokban felbukkanó illatok és szagok is rendkívüli jelentőségűek életünkben: vonzanak vagy taszítanak minket, döntéseinkben észrevétlenül jelen vannak, gyakran anélkül, hogy tudnánk róluk. A természetes illatanyagok közül mindenki ismeri a vanillint, amiből az éves

világszükséglet kb. 12 000 tonna, ebből csupán kb 1800 tonna fedezhető vaníliából. Egy mulatságos és tanulságos eset kapcsán meg kell említenünk, hogy a 2007. évi kémiai IgNobel-díjat a japán Mayu Yamamoto (International Medical Center of Japan) kapta „vanillin – vanillin illatanyag és aroma – kivonásáért tehéntrágyából”. Ezen a tényen sokan jót derültek idehaza és külföldön egyaránt. Alig akadt valaki, aki felhívta volna a figyelmet arra, hogy itt valami baj van a díj odaítélésével és indoklásával. A díjazott japán kutató egy ipari megbízást teljesített a Sekisui Chemical cég számára akkor, amikor a ligninben gazdag tehéntrágyát kémiai reakcióban (tehát nem extrakcióval, kivonással) alakította át vanillinné. A vanillin előállítása ligninből régóta ismert folyamat és hosszú ideig ezt használták a szintetikus vanillin gyártására, nagyrészt a papírgyártás melléktermékeként keletkező szulfitlúg

feldolgozásával. Az Ig Nobel-díj sorsát látva úgy tűnik, ezúttal nem sikerült megértetni a nemzetközi közvéleménnyel és a sajtóval, hogy itt a rendkívül nagy népsűrűségű Japán egyik környezetvédelmi problémájának megoldására tett kísérletről és egy hasznos, számunkra fontos anyag előállításáról van szó. A vanillin összegképlete, C8H8O3, több százezer lehetséges szerkezetet takar, amelyekből csupán egyetlen egy a vanillin (3-metoxi-4-hidroxibenzaldehid). Az alkotó atomok összekapcsolásával végzett kirakós játék leg- 387 kémia inkább arra emlékeztet bennünket, mint amikor egy halom csontból valami értelmesebbet próbálunk összeállítani, mondjuk, egy ló vagy kutya csontvázát. A hasonlat persze sántít, mert ezeknek az állatoknak nem egyforma a csontjuk, de a molekulákat leíró atomokból és kötésekből összeálló váz ugyanúgy viszonyul a molekula alakjához és térbeli kiterjedéséhez, ahogyan egy

állat csontváza az állat egészéhez. A szagérzékelést az orrüreg szaglóhámját és az agy szaglógumóját összekötő 5–10 millió szaglósejt végzi, a szaglósejtek végén kb. 10– 15 csilló található, melyeken receptorok foglalnak helyet. Az ember 350 receptora segítségével kb 10 000 szagot tud megkülönböztetni A receptorok és az érzékelt szagok száma közötti ellentmondás úgy oldható fel, hogy a természet lehetővé tette, hogy egy receptor több illatanyagot is képes legyen megkülönböztetni, míg egy illatanyag többféle receptorhoz is képes kötődni. Így a kombinációk száma óriási, és valóban, a nálunk fejlettebb szaglóérzékű állatok (pl. a kutyák) az említett számnál jóval több szagot tudnak megkülönböztetni Ez a fontos felfedezés Richard Axelnek és Linda 1. táblázat A különböző iparágakban vagy termékekből évente gyártott mennyiségek és a vonatkozó környezeti faktorok (E) Iparág vagy termék

Évente gyártott mennyiség (t) Hulladék tömege (kg) a termék tömegére (kg) vonatkoztatva (E) Kőolaj- és földgázfeldolgozás 1 000 000–100 000 000 < 0,1 Nagy mennyiségben gyártott vegyszerek 10 000–1 000 000 <1–5 Finomvegyszerek 100–10 000 5–50 Gyógyszerek 10–1000 25–100 Papír és karton 325 000 000 250–1000 Biotechnológiai termékek 0,1–100 7000–15 000 juk a figyelmüket az izzadságsavak előállításától, másrészt az ebben az átalakításban keletkező Phenoxanol nevű anyag kellemes illatú. Fel kell tennünk a kérdést, hogy jó-e mindez? Már régóta sejtjük, hogy a testszag, a párválasztás és az immunrendszer között való- különböző gyártási folyamatokban. Az 1 táblázat a különböző ipari tevékenységek és termékek előállítása során keletkező anyagok és hulladékok mennyiségét tünteti fel. Látható, hogy az egyes iparágakban keletkező anyagok mennyisége és hulladékter- 2.

ábra Az ibolya (Viola odorata) és illatanyaga, a béta-jonon szerkezete (képek: Wikimedia Commons, Frank Vincentz, Kovács Lajos) B. Bucknak orvosi–fiziológiai Nobel-díjat hozott 2004-ben Az illatanyagok nemcsak végtermékek lehetnek, hanem különböző átalakítások kiindulási anyagai, illetve köztitermékei is. Az A-vitamin-acetát egyik ipari szintézisében a kiindulási anyag a citrusfélékben előforduló citrál, az egyik köztitermék pedig az ibolya illatanyaga, a béta-jonon (2. ábra) Illatokkal másutt is találkozhatunk, például a hónaljban, bár ezeket nem minden esetben illatként értékeljük. A hónaljban előforduló baktériumok az izzadás során termelődő anyagokat aminosavakakká és ún. izzadságsavakká bontják. Az általunk használt kozmetikumok többségével azt próbáljuk elérni, hogy a kellemetlen izzadságsavak szagát elnyomjuk valamilyen más, kellemesebb illatú anyaggal. Ennél jobb megoldás, ha nem küzdünk az ellen, amit

úgysem tudunk teljesen megakadályozni, hanem megpróbáljuk a hasznunkra fordítani, hogy a baktériumok enzimei nem túlságosan válogatósak és hajlandóak más anyagokat is lebontani. Egy újonnan kifejlesztett kozmetikumot a baktériumok enzimei szintén elfogadnak és ennek lebontása során egyrészt elvon- 388 3. ábra A Bugula neritina mohaállat és a bryostatin 16 térbeli szerkezete (képek: http://www.dnrscgov/marine/sertc/images/photo%20gallery/ Bugula%20neritina.jpg, Kovács Lajos) színűleg van kapcsolat, bár ennek részleteivel még nem vagyunk teljesen tisztában, ugyanakkor a kozmetikumokkal elnyomjuk a természetes testszagot, azaz egy információforrást kikapcsolunk a döntéseinkből. Az illatanyagok és más kozmetikumok alkalmazásával pedig környezetszennyezést is okozunk. Büdös. Ha egy laikus a kémiai átalakulásokról hall, akkor valószínűleg ez a jelző fog elsőként megjelenni benne. A különféle vegyipari tevékenységek során

időnként előforduló ipari balesetek rendszerint nagy sajtóvisszhangot kapnak és a közvéleményt általában élénken foglalkoztatják. Ha hétköznapibb történéseket tekintünk, akkor próbáljuk megvizsgálni, hogy milyen büdös, kellemetlen és környezetszennyező anyagokkal találkozhatunk a vegyipari tevékenységek során, illetve általánosságban, mennyi hulladék keletkezik a melő „képessége” között jelentős eltérések találhatók. A nehézvegyipar egyik zászlóshajójának tekintett kőolaj- és földgázfeldolgozásban tekintélyes mennyiségű anyagot gyártanak, ugyanakkor a keletkező hulladék aránya viszonylag csekély Az előállított menynyiség csökkenésével a nagy mennyiségben gyártott vegyszerektől a finomvegyszereken át a gyógyszeripar felé haladva az ún. környezeti faktor [E, a hulladék tömege (kg) a termék tömegére (kg) vonatkoztatva] rohamosan növekszik. Két „vizes” iparágban, a papírgyártásban és a

biotechnológiában ez a növekedés tovább tart. A ténylegesen keletkező hulladék mennyiségét az 1 táblázat második és a harmadik oszlopának szorzataként kaphatjuk meg. A mennyiségi adatokon túl igen fontos további információ, hogy pontosan milyen hulladék keletkezik, ezért az utóbbi időben kezd terjedni a mennyiséget leíró E környezeti faktor és a szennyező minőséget jellemző Q tényező szorzataként értelmezett környezeti hányados (EQ) fogalma. Természet Világa 2009. szeptember kémia Ha valamilyen hasonló fogalmat próbálunk keresni más emberi tevékenységek jellemzésére, akkor eljuthatunk például az ún. virtuális víz fogalmához. A virtuális víz az egységnyi, kilogrammban mért tömegű termék gyártásához felhasznált víz mennyisége literben kifejezve. Alapvető élelmiszerek, például a búza, a rizs és a tojás esetében 1300–3400 közötti számokat találhatunk, de például a marhahús esetében ez az érték

már 15 000. Más fogyasztási termékek esetében (pl cipő, pamut­ ing, vászonlepedő, farmernadrág) ez a szám 8000–10 000. Azaz minden emberi tevékenység szükségszerűen hulladéktermeléssel jár, és van, aminél ehhez már jobban hozzászoktunk (pl. élelmiszerek vagy a papír gyártása) és nem különösebben törődünk vele, másoknál (pl. a vegyipar) ezt nehezebben nézzük el, jóllehet, fajlagosan esetleg kevesebb hulladékot termelnek, mint más iparágak. Természetesen ez a mennyiségekre vonatkozó kijelentés nem jelenti azt, hogy bármilyen veszélyes hulladékot termelő iparág felmentést kaphatna környezetszennyező tevékenységére, csupán az egyes emberi tevékenységekről, az ezekhez felhasznált anyagokról és a hulladékokról kell egy kicsit árnyaltabban gondolkodnunk. A vegyipar ezzel a helyzettel példamutató módon szembenézett és mintegy másfél évtizede kidolgozta a saját működésének megújítását célul kitűző elveket,

amelyeket a „zöld” kémia 12 alapelveként ismerünk.2 A következőkben a 12 elv közül kettő, az atomhatékonyság és a megújuló nyersanyagok felhasználását próbálom meg bemutatni néhány példán. Elsőként vizsgáljuk meg az ecetsav előállítását. Ezt a mindenki által jól ismert anyagot a kezdetekben meglehetősen nehezen sikerült szintetikusan előállítani. Erjesztéssel ősidők óta képesek vagyunk kinyerni édes és/vagy alkoholtartalmú folyadékokból, ám az így előállítható mennyiség az ecetsavszükségletnek (évente kb. 6,5 millió tonna) csupán egytizedét tudja fedezni és szinte kizárólag élelmiszer-ipari célra használjuk Az ecetsav szintézisének egyik leggyakoribb módja, amely az évi szükséglet háromnegyedét fedezi, a metanol és a szén-monoxid ródium- (Monsanto) vagy irídiumtartalmú (BP Chemicals) katalizátor jelenlétében lejátszódó reakcióján alapul (CH3OH + CO CH3COOH). Az átalakulás érdekessége, hogy

100%-os atomhatékonysággal játszódik le (azaz a kiindulási anyagok mindegyike maradéktalanul megtalálható a végtermékben) és 99%-os a szelektivitása (tehát csak 1% nem kívánt termék képződik). Nézzünk egy jóval bonyolultabb anyagot. A bryostatinok a Bugula neritina nevű mohaállatból (Bryozoa) előállítható rákellenes, memóriajavító szerek családjába tartoznak, mintegy húsz képviselőjük ismert, egyikőjük, a bryostatin 16 térbeli szerkezetét a 3. ábra mutatja Természetes forrásból ugyanakkor meglehető2 Horváth István Tamás: Zöldkémia. Természet Világa, 2005/I. különszám (Kémia), 136, 90–93 Természettudományi Közlöny 140. évf 9 füzet Polányi Mihály és a cellulóz szerkezete Polányi Mihály a múlt század nagy polihisztora volt, elsősorban fizikai kémiával és tudományfilozófiával foglalkozott. Ez a rendkívüli tehetségű ember szerteágazó tevékenysége során 1920 és 1923 között Berlinben a Kaiser

Wilhelm Institut Szálasanyag-kémiai Intézetében a cellulóz szerkezetének röntgenkrisztallográfiás vizsgálata során helyesen állapította meg a kristályos cellulóz Iβ változata ún. elemi cellájának legfontosabb paramétereit A végső szerkezetet nem tudta megfejteni (ehhez még közel nyolcvan évre volt szükség és számos kérdés még ma is nyitott), de megjósolta, hogy az egyik lehetséges szerkezet nagyon hosszú láncokból fog állni. Ez meglehetősen nagy visszatetszést váltott ki kortársaiból (a polimerekről alkotott ismeretek akkor még gyerekcipőben jártak); utóbb kiderült, hogy Polányinak igaza volt. sen csekély mennyiség nyerhető belőlük, pl. a fenti mohaállat 14 tonnájából csupán 18 g bryostatin 1-et kaphatunk, ez 0,00013 %-nak felel meg, azaz a természetes forrásokból való izolálás nem járható út. A bryostatinokat szintetikusan elő lehet állítani, de nagyon hosszú úton. Egy új szintézis a korábbi 40 helyett 26

lépésben szolgáltatja a bryostatin 16-ot. Erről az eljárásról is elmondhatjuk, hogy a kulcslépések atomökonomikusak, a kiindulási anyagok minden atomja maradéktalanul beépül a végtermékbe. Ilyen bonyolult anyagok esetén felmerül a kérdés: honnan tudjuk, milyen anyagot készítettünk? A szerkezetvizsgálat hosszú időn keresztül lassú és fáradságos kémiai átalakításokat jelentett (emlékezzünk a mauvéine esetére). Ma már ezek a módszerek alárendelt szerepet játszanak és a szintetikus vegyészek javarészt fizikusok és mérnökök által kifejlesztett műszerek és spektroszkópiai eljárások segítségével végzik el a feladatot. A megújuló nyersanyagok használatának lehetőségével mindenki találkozhat a növekvő energiaárak kapcsán. Ma még nem tudjuk, hogy a jövő üzemanyaga a bioetanol, a bio­ dízel, a hidrogén, a Nobel-díjas Oláh György által intenzíven kutatott és a közvélemény által kevéssé ismert metanol vagy

esetleg más anyag vagy anyagok lesznek-e. A számos megválaszolatlan kérdés közül ki kell emelnünk, hogy az élelmiszer-alapú üzemanyagtermelés bizonyosan kudarcra van ítélve. A kevéssé ismert reményteli üzemanyagok közül meg kell említenünk a 119-es oktánszámú 2,5-dimetil-furánt (DMF), amely D-glükózból, D-fruktózból, inulinból vagy cellulózból nyerhető. A gamma-valerolakton (GVL) oktánszáma szintén kiváló (130), cellulóztartalmú hulladékokból állítható elő és nem mérgező.3 Az utóbbi két anyag cellulózból nyerhető, amelyből évente mintegy 50 milliárd tonna keletkezik a Földön. Ezen rendkívüli fontosságú anyag szerkezetének tisztázásában Polányi Mihály (1891– 3 Az ELTE-n dolgozó Horváth István Tamás és kutatócsoportja fontos eredményeket mondhat magának a GVL fejlesztése terén, l. http://www.hit-teamnet/ 4. ábra A csillagánizs (Illicium verum), a sikimisav és a belőle készülő Tamiflu® gyógyszer

hatóanyagának térbeli szerkezete (képek: Wikimedia Commons, Brian Arthur, Shizhao Moriori, Kovács Lajos) 1976) úttörő szerepet játszott az 1920-as években.4 A megújuló nyersanyagok, illetve hiányuk időnként sajátos problémákat vetnek fel. A csillagánizs (Illicium verum) a sikimisav legfontosabb természetes forrása, ez utóbbi az influenzaellenes Tamiflu® (hatóanyaga az oseltamivir) szintézisének egyik fontos nyersanyaga (4 ábra). A Tamiflu® a Relenza® mellett jelenleg az egyik leghatékonyabb szer az influenza megelőzésében és gyógyításában. 30 kg szárított csillagánizsból kb. 1 kg sikimisav nyerhető és 300 millió, 75 mg-os Tamiflu®-adaghoz (ami az Egyesült Államok szükséglete) 840 tonna csillagánizs kellene, ez pedig egy fűszernövényből óriási mennyiség. Látható, hogy a természetes források is lehetnek végesek és a legutóbbi madárinfluenza-járvány során kitört pánik miatt sokan Tamiflu®-készleteket halmoztak fel,

ami a Kína déli részén és Vietnamban termelt csillagánizs átmeneti hiányához vezetett. Érthető módon folynak a kísérletek a sikimisav kiváltására új, olcsóbb ipari nyersanyagok és rövidebb szintézisutak felhasználásával.  Az írás az OTKA NK 73672 sz. pályázat támogatásával készült. 4 Polányi Mihály életével és tevékenységével a Polanyiana c. folyóirat foglalkozik: http://www.polanyibmehu/kepekphp 389