projekt keretében szervezendő konferencia programja

Oláh György Doktori Iskola IX. konferenciájának és a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009 projekt keretében szervezendő konferencia programja

2012. május 17. 8 óra BME Ch épület 3. emelet 308-as terem

1

A konferencia programja Az esemény támogatói:

8 00-8 30 László Nyulászi: Opening remarks. Supercomputer oriented research in the George Oláh PhD School with emphasis on talent careing TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009. 1. szekció: Szupercomputer based modeling in chemistry, chemical biology and chemical industry. Chair: Nyulászi László 8 30-8 50

Tibor Szilvási, Tamás Veszprémi Molecular Tailoring: Reaction path control with bulky substituents

8 50-9 10

Balázs Krámos, Gergely Nándor Nagy, Julianna Oláh: Computational Modeling of Enzyme Reactions.

9 10-9 30

László Könczöl, Eszter Makkos, Didier Bourissou, Dénes Szieberth: A New Type of η2-H2 complex: Can Main Group Elements Emulate the behavior of Transition Metals?

9 30-9 50

Gergely Bánóczi, Klaudia Kovács, Gábor Hornyánszky, Beáta G. Vértessy, László Poppe: Molecular modeling in biotechnology

9 50-10 00 Szünet 2011. évi Oláh György díjas előadása: 1000-1030 Fekete Szabolcs: Gyors, ultranagyhatékonyságú gyógyszer- és bioanalitikában

folyadékkromatográfia

a

2. szekció: Elnök: Némethy Árpád 10 30-10 50 Fülöp Eszter, Deák András, Nagy Norbert, Bársony István: Arany/szilika mag/héj típusú nanorudak LB filmjei 10 50-11 10 Berky Róbert, Fekete Szabolcs, Fekete Jenő: Modern, nagypórusú héjszerkezetű és teljesen porózus állófázisok alkalmazása peptidek és fehérjék vizsgáltában 11 10-11 30 Renkecz Tibor, Horváth Viola: Új eljárások molekuláris lenyomatú polimerek előállítására 11 30-11 40 Szünet

2

3. szekció: Elnök: Scheer Ildikó 11 40-12 00 Molnár János, Stéger Viktor, Marincs Ferenc, Zsolnai Attila, Ujhelyi Gabriella, Mohr Anita, Szántó-Egész Réka, Jánosi Anna, Dallmann Klára, Tóth Péter, Rátky József, Micsinai Adrienn, Barta Endre, Tóth Gábor: Mangalica-specifikus molekuláris markerek keresése második generációs genomszekvenálási technológiák és bioinformatikai módszerek alkalmazásával 12 00-12 20 Tomasskovics Bálint, Szarka András: A mitokondriális szénhidrát és aszkorbinsav transzport és anyagcsere szerepe az ozmotikus és oxidatív stresszadaptációban 12 20-12 50 Ebédszünet (szendvics, üdítő) 4. szekció: Elnök: Tátraaljai Dóra 12 50-13 10 Horváth Zsuzsanna, Menyhárd Alfréd, Pukánszky Béla: Kiegyensúlyozottan előnyös tulajdonságokkal rendelkező modern polipropilén típusok fejlesztése 13 10-13 30 Hári József, Renner Károly, Móczó János, Pukánszky Béla: Lokális deformációs folyamatok rétegszilikát nanokompozitokban 13 30-13 50 Bálint Erika, Keglevich György: Különféle reakciók megvalósítása mikrohullámú körülmények között 13 50-14 00 Szünet

5. szekció: Elnök: Tóth András 14 00-14 20 Homlok Renáta, Takács Erzsébet, Wojnárovits László: Klórtartalmú szerves vegyületek sugárzásos lebontása szennyvízben 14 20-14 40 Weinpel Tamás, : A nitrogén-terhelés megnövekedésének hatása az időszakosan levegőztetett eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerre 14 40-15 00 Tonkó Csilla, Cséfalvay Edit, Pátzay György: Különböző összetételű és hőmérsékletű termálvizek ionösszetételének csökkentése nanoszűréssel Díjak átadása – fórum 15 00-15 40 Poszterszekció és fogadás 15 40 – Ch. ép. 3. emeleti folyosó

3

Poszterek: 1.

Fehér Csaba, Barta Zsolt, Réczey Kati: Kukoricarost alapú biofinomítás integrált vizsgálata kísérletes eszközökkel és számítógépes szimulációval

2.

Fehér Csaba, Barta Zsolt, Szabó Tibor, Fábián Zsolt, Castro Eulogio, Manzanares Paloma, Negro José Maria, Ballesteros Mercedes, Réczey Kati: Olajfa nyesedékből történő bioetanol előállítás technológiai-gazdasági modellezése

3.

Mareczky Zoltán, Réczey Katalin: Egy fontos cukoralkohol: a xilit

4.

Deák Szilvia, Mátravölgyi Béla, Faigl Ferenc: Új 1-arilpirrol származékok szintézise

5.

Tátraaljai Dóra, Kirschweng Balázs, Kovács János, Földes Pukánszky Béla: A kurkumin feldolgozási stabilizáló hatása polietilénben

6.

Németh János, Kiss Árpád, Hell Zoltán: Heterogén palládiumkatalizált reakciók vizsgálata

7.

Fodor Anna, Debreczeni Nóra, Dr. Hell Zoltán: Fémionokkal módosított bázikus karakterű anyagok vizsgálata szerves szintézisekben

8.

Müller Judit, Balogh György Tibor: Új in vitro kémiai modell a foszfolipidózis előrejelzésére a gyógyszerkutatás korai fázisában

9.

Kenyó Csaba, Móczó János, Renner Károly, Pukánszky Béla: Természetes töltőanyagokkal módosított PVC kompozitok: határfelületi kölcsönhatások és mikromechanikai deformációs folyamatok

10.

Szabó Orsolya Erzsébet, Csiszár Emília: Kisfrekvenciás ultrahang cellulóz-celluláz reakcióra gyakorolt hatása

11.

Kiss Nóra Zsuzsa, Keglevich György: Foszfinsavak direkt észteresítése – egy új és környezetbarát megközelítés

12.

Jablonkai Erzsébet, Keglevich György: Alkilezések és Michael-addíció MW körülmények között

13.

Romhányi Vivien, Pataki Piroska, Renner Károly, Pukánszky Béla: A kölcsönhatások szerepe polipropilén/lignin keverékek tulajdonságainak meghatározásában

14.

Rácz-Mónus Anna, Németh Márton, Sveiczer Ákos: A hasadó élesztőben működő méretkontroll modellezésének új megközelítései

15.

Gyarmati Benjámin, Hegyesi Nóra, Faludi Gábor, Némethy Árpád, Szilágyi András: Diaminnal térhálósított poliszukcinimid alapú polimer gélek térhálósítási fokának meghatározása

16.

Gyarmati Benjámin, Némethy Árpád., Szilágyi poli(aszparaginsav) gélek reverzibilis tulajdonságai

17.

Némethy Árpád, Németh Csaba, Tátraaljai Dóra, Gyarmati Benjámin, Szilágyi András: Hőmérséklet és pH érzékeny interpenetrációs térhálók

18.

Némethy Árpád, Solti Katalin, Sudár András, Gyarmati Benjámin, Csányi E., Szilágyi András: pH- és hőmérséklet érzékeny PNIPAAm – PASP kotérhálók szintézise és tulajdonságainak vizsgálata.

19.

Némethy Árpád, Solti Katalin, Sudár András, Gyarmati Benjámin, Csányi E., Szilágyi András: A pH- és hőmérséklet-érzékeny kotérhálók előállítása és vizsgálata 4

András.:

Enikő,

Redox-érzékeny

20.

Krisch Enikő, Gyarmati Benjámin, Némethy Árpád, Szilágyi András: Biodegradabilis, pH-érzékeny poliaszparaginsav alapú latexek előállítása

21.

Faludi Gábor, Csizmadia Réka, Renner Károly, Móczó János, Pukánszky Béla: Faliszt kémia módosítása

22.

Pilbáth Aranka, Szabó Tamás, Telegdi Judit, Nyikos Lajos: Öngyógyító bevonatok vizsgálata pásztázó elektrokémiai mikroszkóppal

23.

Bagi Péter, Fogassy Elemér, Keglevich György: 6-tagú p-heterociklusok reszolválása; racém és optikailag aktív platina(ii)-1- alkil-3-foszfolén komplexek szintézise, molekulaszerkezete, katalitikus aktivitása

24.

Beke Dávid, Szekrenyes Zsolt, Balogh István, Rona Gergely, Vertessy Beáta, Kamaras Katalin, Gali Ádám: Szilíciumkarbid kvantumpöttyök biológiai képalkotáshoz

25.

Kovács Rita, Grün Alajos, Garadnay Sándor, Balogh György, Greiner István, Keglevich György: Dronsavak hatékony szintézise

5

A bemutatott előadások összefoglalói

6

Molecular Tailoring: Reaction path control with bulky substituents1 Tibor Szilvási and Tamás Veszprémi Department of Inorganic and Analytical Chemistry, Budapest University of Technology and Economics (BUTE), Szent Gellért tér 4, 1521 Budapest, Hungary

Steric groups are often regarded in reactions as chemically irrelevant, inert parts of the molecules, which have no influence on the structure of the forming reactive center of the product but rather on the reaction rate; therefore, they are usually not taken into account in theoretical works. However, in some cases, e.g. in the general reaction scheme of reductive dehalogenation of halosilanes, bulky substituents can cause major structural changes in the product simply by their presence. Our calculations using real substituents suggest that the use of proper substituents can prefer and stabilize only one structure on the potential energy surface (PES), eliminating all other relevant minima, not just increasing activation barriers as chemical intuition dictates. Since the preparation of these compounds is generally unpredictably slow process, the theoretical design may bring fundamental breakthroughs in the field of the synthesis of hitherto unknown reactive compounds. With the help of this concept, one can easily design proper substituents for the synthesis of a specific structure, since the mapping of the reaction routes can be spared and only a few calculations are needed. To illustrate the concept in practice, we suggest substituents, asymmetric R-Ind and terpenyl groups, for the synthesis of hexasilabenzene, which is one of the most desired silicon compounds. Acknowledgements We thank the Hungarian Scientific Research Foundation (OTKA) for financial support under Grant No. 104596 K. The New Szechenyi Plan TAMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009 is also gratefully acknowledged. Reference [1] T. Szilvási, T. Veszprémi: Organometallics 2012, 31, 3207.

7

Applications of molecular modelling methods in the investigation of enzyme-catalyzed reactions Balázs Krámosa, Gergely Nándor Nagyb, Julianna Oláhc a

Department of Inorganic and Analytical Chemistry, Budapest University of Technology and Economics, Szent Gellért tér 4., Budapest H-1111, Hungary, [email protected] b Laboratory of Genom Metabolism and Repair, Institute of Enzymology, Research Centre for Natural Sciences, Hungarian Academy of Sciences, Karolina út 29., Budapest H-1113, Hungary c Materials Structure and Modeling Research Group of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest University of Technology and Economics, Budapest H-1521, P.O. Box 91., Hungary

Computational techniques play an increasingly important role in molecular enzymology to complement and help to interpret experimental data. The large variety of theoretical methods enables us to investigate both reactive and non-reactive processes. Molecular mechanics (MM) force fields, consisting of ensembles of parameters fitted to experimental data (XRD, NMR, IR etc) and of simple terms to describe the potential energy of the system, were developed for the study of large systems. The force fields can also be used in molecular dynamics (MD) simulations, which are able to describe the time-dependent behaviour of protein conformation changes. I will demonstrate their usage through the investigation of the catalytic domain of the phosphocholine cytidylyltransferase (CCT) enzyme. CCT plays a key role in the synthesis of phosphatidylcholine, the most abundant phospholipid component of the eukaryotic cell membrane. We used the crystal structure of rat CCT, accessible in the Protein Data Bank (PDB ID: 3HL4), to create a homology model of the catalytic domain of the CCT of the pathogen of malaria (Plasmodium falciparum). At the Institute of Enzymology site-directed mutagenesis studies of the conserved Trp (Trp-151 in rat, Trp-692 in P. falciparum) CCT are carried out, and are exchanged to Ala, His or Tyr residues. We carried out parallel MD simulations on the wild type and mutant versions of the rat crystal structure and of the homology model in order to explain the reason for the changes in the dissociation constant (Kd ) of the product from the enzyme. Our results suggest that the mutation changes the coordination of the product in the enzyme, and in accordance with the experimental results this effect is the most significant in the case of the Trp/Tyr mutant. The study of bond breaking and bond formation occurring in the active site of enzyme requires hybrid quantum chemical and molecular mechanical methods (QM/MM), in which residues directly involved in the reaction are modeled by high-level quantum chemical calculations. These methods also allow the investigation of short-lived intermediates and transition-states, which are not or not fully accessible experimentally. I will show the usage of these methods in the case of the direct hydride transfer in the nitric oxide reductase (P450nor) of Fusarium oxysporum [1]. We used MD simulations followed by QM/MM calculations to determine the energy barrier of the hydride transfer directed to the nitrogen or oxygen atom of nitric oxide. Our results suggest that hydride transfer is exclusively directed to the nitrogen atom, as the barrier of this process is lower by ~12 kcal/mol. We acknowledge the financial support of the EU (Project Oestrometab), and of the New Széchenyi Plan (TÁMOP-4.2.2.B-10/1-2010-0009). [1] B. Krámos, D. K. Menyhárd, J. Oláh, J. Phys Chem. B 116, 872-885 (2012)

8

A new type of η2-H2 complex: can main group elements emulate the behavior of transition metals? László Könczöl1, Eszter Makkos1, Didier Bourissou2, Dénes Szieberth*,1 1

Department of Inorganic and Analytical Chemistry, Budapest University of Technology and Economics, Szt. Gellért tér 4., H-1111 Budapest, Hungary, * [email protected] E-mail of the presenting author: [email protected] 2 Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée du CNRS (UMR 5069), Université Paul Sabatier 118, route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex 09, France

Hydrogen activation by transition metals can take place using two different types of mechanisms, in both cases the first step is assumed to be the formation of the η2-H2 complex (or also known as σ complex)1. Two types of interactions are involved in the formation of this η2-H2 complex: the donation of the σ-bond of the dihydrogen to one of the empty d-orbitals of the metal, and backdonation of one of the d-type lone pairs of the metal to the σ*-bond of the dihydrogen. In case of hydrogen activation with FLPs the mechanism differs significantly from the transition metal catalysis. Although in a few cases computational studies indicated the existence of η2-H2 complexes of boranes2,3, in the presence of a Lewis base these complexes disappear from the potential surface. In this presentation a theoretical study of the first example for FLP catalyzed hydrogen activation reaction will be shown, which involves the formation of a η2-H2 complex. The precursor of this complex 4 contains two Lewis base functional groups, which donate electron quasi-symmetrically to the σ* H−H bond similarly to the backdonation present in transition metal η2-H2 complexes.

______________ References: 1. Kubas G. J., Chem. Rev., 2007, 107, 4152. 2. Fan C., Mercier L. G., Piers W. E., Tuononen H. M., Parvez M., J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 9604. 3. Lu Z., Cheng Z., Chen Z., Weng L., Li Z. H., Wang H., Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 12227 4. Bontemps S., Gornitzka H., Bouhadir G., Miqueu K., Bourissou D., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 1611.

9

Molecular modeling in biotechnology Gergely Bánóczi 1, Klaudia Kovács1,2, Gábor Hornyánszky, Beáta G. Vértessy2, László Poppe1 1

Budapest University of Technology and Economics, Department of Organic Chemistry and Technology, Szent Gellert ter 4, H-1111 Budapest, Hungary, [email protected], www.oct.bme.hu 2 HAS Institute of Enzymology, Karolina ut 29, H-1113 Budapest, Hungary, [email protected], www.enzim.hu

Our research group has been working on the preparation and application of aromatic amino acid-lyases and -mutases for a long time introducing both practical and theoretical methods. In this presentation, we aimed to investigate the characteristics of phenylalanine ammonialyases (PAL) and phenylalanine 1,2-aminomutases (PAM) isolated from bacteria, plants (and of chimeric origins), which can be applied for both in organic synthesis, and in medical sciences. During the last years of our research, a PAL enzyme, isolated from a bacterium with a 65ºC growth optimum, was successfully expressed in E. coli. After the optimization of the expression and other investigations, a homology model was created, concentrating mainly on the thermostability. A homotetrameric form was built to find intra and/or inter chain disulfide and ionic bonds that increase stability. Multiple models were built with different methods (MODELLER, Robetta, I-TASSER). These structures were modified (disulfide bonds, prosthetic group) and optimized in different force fields (AMBER, OPLS, CHARMM) to give the final result. Validation incorporated satisfaction of spatial restraints (bond lengths, dihedral/bond angles) and energy values. Combining the advantages of both eukariotic and prokariotic enzymes, we aimed to create chimeric enzymes. A multihelix domain found only in eukaryotic enzymes is suspected to destabilize a very important loop in the protein, thus creating a chimeric protein to remove this region to make them more prokaryotic like is desired to prove this theory, and to get better biocatalysts. We used bioinformatics tools to create these chimeras and plan to use molecular dynamics to test some of their characteristics. Mechanism is also an important question, and can be treated with combined QM/MM methods to discover the elementary processes during reactions, to realize the important amino acid residues, perform mutations and finally to be able to convert different enzyme activities to each other with the modification of amino acid residues between similar proteins (like in our case) to result better biocatalysts (e.g.: different reactions/substrates within a thermophile enzyme) and to get bio medicines with the manipulation of human enzymes. We introduced ONIOM (QM/MM) calculations with the appropriate preparation incorporating bioinformatics and conformational search.

10

Gyors, ultranagyhatékonyságú folyadékkromatográfia a gyógyszer- és bioanalitikában Fekete Szabolcs Laboratory of Analytical Pharmaceutical Chemistry, School of Pharmaceutical Sciences - Geneva University, Switzerland

PhD munka és néhány újabb eredmény bemutatása A PhD munka rövid összefoglalása: Egy átfogó tanulmányban a jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható teljesen porózus1,5 μm - 3 μm-es töltetű kolonnák hatékonyságát hasonlítottuk össze. 11 gyártó kolonnáját vetettük össze un. H u és kinetikus görbék segítségével, különböző valós gyógyszeranalitikai minták felhasználásával. Tapasztalatunk alapján azt mondhatjuk, hogy 2 μm-nél kisebb szemcseátmérő alkalmazása már nem okoz további hatékonyság növekedést és gyakorlatilag mindegy, hogy 1,5 vagy 2 μm-es a kolonna töltete. Továbbá minél kisebb a szemcseátmérő annál nagyobb a redukált tányérmagasság. A héjszerkezetű töltetek előnye a csökkentett diffúziós úthossz, amely gyorsabb anyagátadást így élesebb csúcsokat, azaz jobb felbontást biztosít. Kísérleteink során szisztematikusan vizsgáltuk a héjszerkezetű és teljesen porózus szemcsék hatékonyságát. Több esetben is váratlan eredményeket kaptunk. A 2,7 μm-es Ascentis Express (Halo) kolonna anyagátadási (C) tagja igen nagy. A 2,1 mm átmérőjű Kinetex kolonnák hatékonysága elmarad a várttól (hmin ~ 1,9), míg a nagyobb átmérőjű 3 mm-es, illetve 4,6 mm-es kolonnák jóval nagyobb hatékonyságot mutatnak. Összességében azonban megállapítottuk, hogy a 2,6 és 2,7 μm-es héjszerkezetű töltetek jól alkalmazhatók a gyógyszeranalitikában és méltó vetélytársai a 2 μm-nél kisebb teljesen porózus tölteteknek. A kinetikus görbék módszerét alkalmazva kimutattuk, hogy ezek a héjszerkezetű töltetek gyorsabb elválasztást adhatnak mint a 2 μm-nél kisebb teljesen porózus töltetek. A gyógyszer-analitikában nemcsak a gyors módszerek megléte, hanem azok gyors kifejlesztése is szükséges. Jelenleg több szisztematikus folyadékkromatográfiás módszerfejlesztési megközelítést alkalmaznak, ezek közül gyógyszeranalitikában a számítógépes szimulációval támogatott un. alapfutásokra épülő – molekulaszerkezet ismeretét nem igénylő – módszer a legelterjedtebb. Kísérleteinkkel igazoltuk, hogy a szimulációs szoftver (DryLab) segítségével, amennyiben 5 cm x 2,1 mm-es kolonnákat alkalmazunk, a módszerfejlesztés időigénye körülbelül harmadára – ötödére csökkenthető. Néhány újabb eredmény bemutatása: 

Új nagy-pórusύ héjszerkezetű töltetek (prototipus) karakterizálása (csύcskapacitás, áramlási ellenállás, gradiens kinetikus görbe, fizikai-kémiai karakterizálás)



Monoklonális antitestek (mAb) analízise fordított fázisú folyadékkromatográfiával („limitált emésztés”, hőmérséklet és additívek hatása)



Szisztematikus RP-HPLC módszerfejlesztés mAb fragmensek elválasztására (számítogépes szimulációval)



Rokon fehérjék nagy felbontású elválasztása (kolonnák sorba kapcsolásával (45 cm))



Az ultranagy-nyomás (1200 bar-ig) és térfogatáram hatása a makromolekulák retenciós tulajdonságaira

A konferenciarészvételt a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009 támogatása biztosította

11

Arany/szilika mag/héj típusú nanorudak LB filmjei Fülöp Esztera,b,c, Deák Andrása,b, Nagy Norberta,b, Bársony Istvána,b a

MTA Természettudományi Kutatóközpont, Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet, (MTA TTK MFA), 1121 Budapest, Konkoly-Thege Miklós út 29-33. b BME FKAT, Fizikai kémia laboratórium, Kolloidkémia csoport 1111 Budapest, Budafoki út 6-8. c Szol-gél Folyamatok Laboratóriuma (az MTA MFA és a BME közös laboratóriuma)

Munkánk középpontjában mezopórusos szilikával bevont arany nanorudak állnak. Ezen plazmonikus arany részecskék különleges optikai tulajdonságuknak köszönhetően új napelemek, gyógyászati eszközök, és szenzorika területén kerületnek felhasználásra. A kísérletek során 20x35 nm-es arany rudakat állítottam elő és vontam be különböző vastagságú (15, 50, 80 nm) mezopórusos szilika héjjal. Megmutattam, hogy már a legvékonyabb héjvastagság is elegendő az egyébként igen erős van der Waals típusú vonzó kölcsönhatás kompenzálására, megakadályozva ezáltal a részecskék aggregációját két dimenziós felületi részecskefilmek esetén. Ezáltal lehetőség nyílik Langmuir-, illetve Langmuir-Blodgett típusú filmek létrehozására. A Langmuir-Blodgett filmek Rodamin-6G festék oldatába mártását követő optikai vizsgálatokkal megmutattam azt is, hogy a filmeket alkotó részecskék mezopórusos héja molekulák számára átjárható. Ezen kísérletek továbbgondolásaként vizsgáltam a mezopórusos héj hatását az arany magok növekedési tulajdonságaira. Érdekes módon, a szilika héjon belül elhelyezkedő arany magok oldatban történő továbbnövesztése során a részecskéknél a szilika héj oldódását tapasztaltam. A szilika kéreg stabilitását növelendő, a részecskékből létrehozott filmeket hőkezelésnek vetettem alá. A Langmuir-Blodgett filmeket 300 oC-on hőkezelve az arany rudak gömb alakúvá olvadását láthatjuk, de arany ionok oldatában ezek a részecskék továbbnöveszthetőek ismét rúd, vagy akár gömb alakúvá is, az alkalmazott növesztő oldat összetételének függvényében. Ez egyértelműen arra utal, hogy a szilika héj pórusai a hőkezelés után is átjárhatóak maradnak, és a kéreg belsejében található arany magok kémiai rekcióba vihetőek. Pásztázó elektronmikroszkópiás vizsgálatok alapján úgy találtuk, hogy a rudakat körülvevő héj rugalmas, a hőkezelés során gömbbé alakulva követi az arany magok alakváltozását, illetve hogy megfelelő rekaciókörülmények között a részecskék ismét rúddá növeszthetőek. Vizsgáltam a rétegekre leválasztott 120 nm MoO3 hatását is a filmek optikai tulajdonságaira. Ennek eredményeként a filmek vékonyréteg-színének megváltozása mellett a felületről visszaszóródó fényintenzitás is megnőtt, jól korrelálva a filmek érdességével. A projekt támogatói a Horvát-Magyar TéT No. HR-20/08, a „PVMET08” NKTH projekt, az OTKA CK 78629 projektje, a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj és az LMUexcellent Research Fellowship. Köszönjük továbbá Illés Leventének és Volk Jánosnak a SEM mérésekben, Sáfrán Gyögynek a TEM mérésekben, Lábadi Zoltánnak a MoO3 porlasztásban, Konrád Viktóriának a kísérletekben nyújtott segítségét.

12

Modern, nagypórusú héjszerkezetű és teljesen porózus állófázisok alkalmazása peptidek és fehérjék vizsgáltában Berky Róbert, dr. Fekete Szabolcs, dr. Fekete Jenő Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4.

2004 a folyadékkromatográfia fejlődésének egy újabb fordulópontja. Ekkor jelentek meg először kereskedelmi forgalomban az első ultra-nagy hatékonyságú folyadékkromtográfiás (UHPLC) mérőrendszerek és a 2 µm alatti szemcsemérettel rendelkező állófázisok is. 2007től a 3 µm alatti hélyszerkezetű (core-shell) állófázisok is széles körben elérhetővé váltak, majd a 2009-es nagy sikert követően már a 2 µm alatti mérettartományban is gyártották őket. Mind a két típus nagyobb hatékonysággal és elválasztóképességgel rendelkezik a hagyományos folyadékkromatográfiás allófázisokhoz képest. Ahhoz, hogy fehérjék elválasztásához is használni tudjuk ezeket a tölteteket, meg kelett növelni a pórusok méretét. Kis molekulák esetében az alkalmazott pórusméret 10 nm körüli, biopolimerek esetén meg kell haladnia a 16 nm-t. A 2 µm alatti teljesen porózus és a hélyszerekezetű állófázisok is jelentős javulást eredményeznek a kinetikai hatékonyságban, és az így kapott keskenyebb csúcsok pedig lehetőséget adnak a mérési idő csökkentésére (fast liquid chromatography). A biotechnológiai eredetű gyógyszerek esetében akár egy kis változás is a hatóanyagként szolgáló peptid vagy fehérje szerkezetében igen nagy különbséget ereményezhet a kiváltott boilógiai válaszban. A kromatográfiás módszereknek elegendő szelektivitással kell rendelkeznie ezen komponensek elválasztására. Erre a célra számos különböző típusú állófázist fejlesztettek (mixed mode; fenil-hexil módosítású szilikagél). Peptidek és fehérjék elválasztása során vizsgáltunk 2 µm alatti szemcsemérettel rendelkező teljesen porózus, valamint hélyszerkezetű állófázisokat (Aquity CSH C18 és phenyl-hexyl; Ascentis Express Peptide ES C18; AerisTM WIDEPORE). Egy adatfeldolgozó eljrárást is kifejlesztettünk, mely segíti a kromatográfiás csúcsok azonosítását megkönnyítve ezzel a fehérjék emésztése során kapott peptid rendszer vizsgálatát. A kromatogram adatainak hatványozása egy hasznos módszer a bioszimiláris vizsgálatokban, különösen a fehérjék elsődleges szerkezetére irányuló összehasonlító elemzésekben. A számítógépes eszközökkel segített módszerfejlesztés és robusztusság vizsgálat is fontos eszköz kis molekulák és peptidek elválasztásának tervezésében [1,2]. Az AerisTM WIDEPORE töltetet összehasonlítottuk más már forgalomban lévő állófázisokkal intakt fehérje vizsgálatokban. Először meghatároztuk a tradicionális hmin (Knox) értékeket kisméretű modell anyagokkal, majd más nagy- és közepes pórusú töltetekkel hasonlítottuk össze fehérjék elválaszásán keresztül (M = 5.7–66.8 kDa). A méréseket gradiens módban végeztük különböző áramlási sebességeket és gradiens meredekséget alkalmazva [3]. [1] R. Beky, Sz. Fekete, J. Fekete, Enhancing the Quality of Separation in One-Dimensional Peptide Mapping Using Mathematical Transformation, Chromatographia 75 (2012) 305-312 [2] Á. Tölgyesi, R. Berky, K. Békési, Sz. Fekete, J. Fekete, V. K. Sharma, Analysis of sulfonamide residues in real honey samples using liquid chromatography with fluorescence and tandem mass spectrometry detection, Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies (accepted manuscript) [3] Sz. Fekete, R. Berky, J. Fekete, Evaluation of a new wide pore core-shell material (AerisTM WIDEPORE) and comparison with other existing stationary phases for the analysis of intact proteins, Journal of Chromatography A 1236 (2012) 177-188

13

Új eljárások molekuláris lenyomatú polimerek előállítására Renkecz Tibor1, Horváth Viola2 1

2

BME Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék, 1111 Budapest, Szt. Gellért tér 4. MTA-BME Műszaki Analitikai Kémia Kutatócsoport, 1111 Budapest, Szt. Gellért tér 4.

A molekuláris lenyomatképzés egy olyan technológia, ami szelektív adszorpciós kötőhelyeket képes létrehozni egy polimer mátrixban, a mintamolekula (templát) jelenlétében történő polimerszintézis révén. A molekuláris lenyomatot tartalmazó polimer (Molecularly Imprinted Polymer, MIP) a templát eltávolítása után képes a mintamolekula szelektív újrakötésére. Ezen tulajdonságukat kihasználva a MIP-eket számos területen alkalmazhatjuk, úgymint pl. enantiomerek elválasztásában, szenzorok felismerő egységeként, szelektív extrakciós szorbensként stb. A MIP-ek kiterjedt kutatásának köszönhetően ma már nemcsak a klasszikusnak tekintett tömbpolimerizációval, hanem pl. precipitációs, szuszpenziós módszerrel is előállítják őket, mivel ez által közvetlenül szemcséket nyerhetünk, így nincs szükség a tömbpolimer hosszadalmas feldolgozására. Másik, új lehetőségként kínálkoznak a vékony rétegű membrán-polimer kompozitok, ezek nagy előnye a gyors templáteltávolítás. Munkám első részében üvegszálas membrán szűrőtálcákon állítottam elő MIP-eket. A vékony polimerréteg – membrán kompozit formátumú szorbens szilárd fázisú extrakcióban (SPE) történő alkalmazhatóságát vizsgáltam, optimáltam az SPE protokoll egyes lépéseit: a mintafelvitelt, mosási lépést és leoldást. A kidolgozott módszerrel propranololmeghatározását végeztem el biológiai mintákból: vizeletből és vérplazmából. E célvegyület nyomon követése nemcsak az orvosi gyakorlatban, hanem a doppingellenes vizsgálatokban is fontos.1 A fent már említett precipitációs polimerizáció híg, tipikusan (2-5 v/v%) monomerkoncentráció mellett ad szabályos mikrogyöngyöket. Ez a nagy oldószerigény mellett hátrányosan befolyásolja a MIP-szintézis során a lenyomatképzéshez szükséges templát-monomer komplexek kialakulását. A laborunkban kifejlesztett módosított precipitációs módszerrel tömény oldatból (25 v/v%) elsőként állítottam elő mikro/nanoméretű polimerszemcséket különböző viszkózus oldószerek alkalmazásával (paraffinolaj, ionos folyadékok) szűrőmembránok pórusaiban.2 A membrán-MIP kompozitokat pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM), visszakötődés tesztekkel (HPLCmérések), és N2-adszorpcióval jellemeztem. A molekuláris lenyomatot tartalmazó membránok egyik lehetséges alkalmazása lehet szerves mikroszennyezők pl. peszticidek eltávolítása vizekből. A viszkózus közegben történő mikroszemcse-előállítást átfogóan tanulmányoztam. Az oldószer minősége, összetétele, a felhasznált monomerek, a polimerizáció ideje stb. mind hatással vannak a morfológiára. Jelenleg egy állatgyógyászati szerre szelektív MIPszorbenssel töltött oszloppal HPLC-hez kapcsolt online-SPE módszer kifejlesztésén dolgozom, melyhez a polimert én fejlesztettem. A szelektív extrakciós módszert szermaradványok élelmiszerből történő meghatározására kívánom felhasználni. A szerzők köszönetüket fejezik ki az Európai Bizottság (MRTN-CT-2006-033873) és az Új Magyarország Fejlesztési Terv (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002) keretében nyújtott pénzügyi támogatásért.

1

Tibor Renkecz, Giorgio Ceolin, Viola Horváth: Analyst, 2011, 136, 2175-2182

2

Tibor Renkecz, Krisztina László, Viola Horváth: J. Molecular Recognition, 2012, doi: 10.1002/jmr.2153

14

Mangalica-specifikus molekuláris markerek keresése második generációs genomszekvenálási technológiák és bioinformatikai módszerek alkalmazásával Molnár János1, Stéger Viktor2, Marincs Ferenc2, Zsolnai Attila3, Ujhelyi Gabriella4, Mohr Anita1, Szántó-Egész Réka1, Jánosi Anna4, Dallmann Klára1, Tóth Péter5, Rátky József3, Micsinai Adrienn1, Barta Endre2 és Tóth Gábor2 1

BIOMI Kft, 2100 Gödöllő Szent-Györgyi Albert u. 4., 2Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, 2100 Gödöllő Szent-Györgyi Albert u. 4., 3Állattenyésztési és Takarmányozási Kutatóintézet, 2053 Herceghalom Gesztenyés út 1., 4Központi Élelmiszer-tudományi Kutatóintézet, 1022 Budapest Herman Ottó út 15., 5Olmos és Tóth Kft, 4025 Debrecen Hatvan u. 6.

A projekt fő célja, hogy a termékhamisítások kiküszöbölése és megakadályozása érdekében a mangalicára jellemző DNS mintázatokat, genetikai markereket azonosítsuk. Ennek érdekében elindítottuk Magyarország első haszonállat genom újraszekvenálási programját. A vizsgálathoz egy szőke mangalica kant, egy vörös mangalica kant, egy fecskehasú mangalica kant és egy duroc kant választottunk ki. A szekvenciaadatok bioinformatikai feldolgozása során a leolvasott szekvenciákat a publikus sertés genomszekvenciához, mint referencia templáthoz illesztettük. A mangalica szekvenciák és a referencia genom összehasonlítása lehetőséget nyújt arra, hogy a genomok között genetikai variációkat, azon belül szerkezeti eltéréseket (inszerció, deléció) valamint egy-nukleotidos (SNP) különbségeket azonosítsunk. A nagy mennyiségű adat segítségével nagyobb méretű strukturális variációkat is meg tudtunk határozni. A bioinformatikai elemzések során több millió SNP-t, valamint több százezer kisméretű inszerció–deléciót határoztunk meg. A referencia genom segítségével ezeket a genetikai variációknak annotáltuk, azaz meghatároztuk a géneken belüli pozíciójukat és genetikai funkciójukat. Az annotálás lehetővé teszi, hogy a talált markereket a kapcsolt funkciók alapján később olyan tulajdonságok marker-asszociált szelekciójában is felhasználhassuk, mint húsminőség, betegségekkel szembeni ellenállóképesség, stressztűrés, alomszám-növelés. A bioinformatikai módszerekkel kapott különbségek kísérletes validálását hagyományos molekuláris biológiai módszerek (PCR és kapilláris szekvenálás) segítségével végezzük. A projektet a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség támogatja.

15

A mitokondriális szénhidrát és aszkorbinsav transzport és anyagcsere szerepe az ozmotikus és oxidatív stresszadaptációban Tomasskovics Bálint1, Szarka András1 1

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszer-tudományi Tanszék, 1111Budapest, Szent Gellért tér 4.

Évente a gabonanövények 50 %-os termésveszteségét okozza világszerte az abiotikus stressz (szárazság, szikesedés, áradások, fagykárok, nehézfém szennyezés). Ezért szükségszerű, hogy megismerjük a növényekben stressz hatására fellépő káros folyamatokat, valamint ezen folyamatok ellen irányuló védekező, stresszadaptációs folyamatokat is. A mitokondriumok növényi és állati sejtekben egyaránt megtalálható energiatermelő sejtszervecskék. Kulcsszerepet játszanak az antioxidáns aszkorbinsav növényi bioszintézisében, amelynek feladata a kedvezőtlen körülmények során termelődő reaktív oxigén vegyületek (pl. szabad gyökök) eliminálása. Emellett a közelmúltban felmerült, hogy a mitokondriumok olyan vízmegkötő hatású szerves vegyületek (poliolok) előállításában is szerepet játszhatnak, amelyek megvédhetik a növényt a kiszáradástól. Oxidatív stresszel kapcsolatos kutatásunkat a mitokondriális légzési lánc komplex III-as mutáns, ppr-40 Arabidopsis thaliana növényen végeztük. A III-as komplexnél bekövetkező elektron áramlási blokk igen jelentős mértékű reaktív oxigénvegyület szint emelkedéssel, lipidperoxidációval jár együtt. Így a mutáns kiválóan alkalmas növényi oxidatív stresszmodellnek vizsgálatainkhoz. Ozmotikus stressz témakörhöz kapcsolódó vizsgálataink célja a cukoralkohol - szorbit képződési körülményeinek teljeskörű vizsgálata, valamint anyagcseréjének, illetve sejten belüli további sorsának (intracelluláris transzportjának) nyomon követése. A bemutatásra kerülő kutatási téma eredményei segítséget nyújthatnak a jövőben az abiotikus stressz okozta károk csökkentésében, valamint az abiotikus stressznek jobban ellenálló növények termesztésében. Publikációk: L. Zsigmond, B. Tomasskovics, G. Rigó, L. Szabados, G. Bánhegyi, A. Szarka: Enhanced activity of ascorbateglutathione cycle in ppr-40 mutant Arabidopsis mitochondria, Plant Physiology and Biochemistry 2011. 49: 809815 B. Tomasskovics, A. Szarka: Comparison of mannitol and xylitol as osmolytes in preparation of mitochondria, International Federation for Medical and Biological Engineering Proceedings 2011. 37: 1362-1365. A. Szarka, B. Tomasskovics, G. Bánhegyi: The Ascorbate-glutathione-α-tocopherol Triad in Abiotic Stress Response, International Journal of Molecular Sciences 2012. 13: 4458-4483 A munka szakmai tartalma kapcsolódik a "Minoségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen" c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az ÚMFT TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja. A szerzők köszönetet mondanak az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramoknak (OTKA K 77826) a pénzügyi támogatásért.

16

Kiegyensúlyozottan előnyös tulajdonságokkal rendelkező modern polipropilén típusok fejlesztése Horváth Zsuzsanna1,2, Menyhárd Alfréd1,2, Pukánszky Béla1,2 1

2

BME FKAT MGL, H-1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. H. ép. I. em MTA Természettudományi Kutatóközpont, H-1025 Budapest, Pusztaszeri út 59-67, IV. ép.

A polipropilén (iPP) napjaink egyik legelterjedtebben használt tömegműanyaga. Népszerűségének legfőbb oka a jó ár/teljesítmény viszony. A polipropilén szemikristályos polimer, így tulajdonságait a kristályos szerkezet határozza meg. Számos lehetőség adódik a kristályos szerkezet, vagyis a tulajdonságok célzott módosítására. A leggyakrabban alkalmazott eljárás gócképző anyagok adagolása, amely módszert régóta széles körben használják az ipari gyakorlatban. A gócképzők jelenlétében magasabb kristályosodási hőmérsékletet érhetünk el, amely a vastagabb lamellák kialakulásának kedvez, továbbá nagyobb lesz a termék kristályossága is. A szerkezeti változások a merevség növekedéséhez vezetnek, ezt általában az ütésállóság csökkenése kíséri. Tapasztalataink szerint a gócképzők hatását számos körülmény befolyásolja, mint például az egyéb adalékok jelenléte, sőt még a polimer molekulaszerkezete is. Ez utóbbiról sajnos nincs túl sok információ az irodalomban. Az iparilag alkalmazott gócképzők egy speciális csoportjával, az úgynevezett clarifierekkel, a polimer optikai tulajdonságai is nagymértékben javíthatók. A modulus növelésének egyéb módszerei az ultra nagy molekulatömegű iPP frakció adagolása, valamint töltőanyagok, alkalmazása és orientált szerkezet létrehozása. Az utóbbi két módszer speciális feldolgozási technológiát is igényel. A kristályszerkezet hőkezeléssel történő tökéletesítése is javítja a modulust, azonban iparilag ezt a technikát sem lehet alkalmazni. A gyakorlatban használt polipropilén merevsége 1-2 GPa körül mozog, speciális esetben elérheti a 2,5 GPa-t. A moduluson kívül sokszor cél az ütésállóság növelése is. Ennek egyik módja, hogy elasztomert adunk a polimerhez. A manapság felmerülő igények szükségessé teszik a merev, ugyanakkor szívós, és emellett még átlátszó termék gyártását, azonban az ilyen tulajdonság-kombinációk kialakítása nem egyszerű feladat Jelen munkánkban az előbb említett kiegyensúlyozottan előnyös tulajdonságokkal bíró polimer előállítását kíséreltem meg, a gócképző rendszer és a polimer molekulaszerkezetének megfelelő kombinációjának megválasztásával. A vizsgálatokhoz öt különböző molekulaszerkezetű random polipropilént választottam ki, mert ezeknek a típusoknak várhatóan az ütésállósága igen kedvező. A polimerek molekulaszerkezetét GPC, NMR, DSC és SIST mérésekkel vizsgáltam, és a lehető legalaposabban jellemeztem. A polimerekhez kétféle gócképzőt, nevezetesen Millad NX8000 és XT386 típusú clarifiert adtam. A minták kristályos szerkezetét DSC, WAXS, SAXS, SEM és AFM vizsgálatokkal határoztam meg. Tanulmányoztam az így elkészült minták mechanikai tulajdonságait is (szakító és törővizsgálatok). A merevség a gócképző adagolásának hatására a várakozásainknak megfelelően növekedett. Meglepő eredmény azonban, hogy az öt minta közül három esetében az ütésállóság is jelentősen nőtt a gócképzők jelenlétében. Az eredmények azt mutatják, hogy a gócképzők hatékonysága és működése valóban eltérő a különböző molekulaszerkezetű polipropilénekben, tehát a legelőnyösebb tulajdonságok csak a gócképző rendszer és a molekulaszerkezet összehangolásával érhetők el. A jelen eredményeim szerint a gócképzés hatására egyes random kopolimerek fázisszerkezete megváltozik, ami a törés mechanizmusának változásához és a törési ellenállás nagymértékű növekedéséhez vezet.

17

Lokális deformációs folyamatok rétegszilikát nanokompozitokban Hári József1,2, Renner Károly1,2, Móczó János1,2, Pukánszky Béla1,2 1

2

BME FKAT MGL, H-1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. H. ép. I. em MTA Természettudományi Kutatóközpont, H-1025 Budapest, Pusztaszeri út 59-67, IV. ép.

Munkánk során rétegszilikát nanokompozitokat állítottunk elő eltérő módon felületkezelt montmorillonitokból. A homogenizálást kétcsigás extruderrel végeztük, a vizsgálatainkhoz szükséges próbatesteket pedig fröccsöntéssel állítottuk elő. A kompozitok töltőanyag tartalmát hét lépésben, 0-7 térfogat% tartományban változotattuk. A szakító vizsgálatok során lejátszódó mikromechanikai deformációs folyamatokat akusztikus emissziós és térfogati deformációs mérésekkel követtük nyomon, valamint pásztázó elektronmikroszkópos képeket készítettünk a minták törési felületéről. Az elvégzett kísérletek eredményei rávilágítanak arra, hogy a vizsgált kompozitokban terhelés hatására többféle mikormechanikai deformációs folyamat játszódik le.

18

Különféle reakciók megvalósítása mikrohullámú körülmények között Bálint Erikaa, Keglevich Györgya a

BME, Szerves kémia és Technológia Tanszék

A környezetbarát (zöld) kémia fontossága manapság egyre előtérbe kerül. A zöld kémia 12 törvényével összefüggésben, a mikrohullámmal (MW) elősegített szerves szintézisek és a szelektív katalizátorok alkalmazása talán az egyik legérdekesebb terület.1,2 A MW-mal kombinált oldószermentes közeg és a fázistranszfer katalízis (PTC) ugyancsak jó lehetőséget ajánl. Ebből kifolyólag kutatómunkánk során különféle alkilezési reakciókat, ezen belül fenol- és naftol-származékok O-alkilezését,3,4 ciklusos foszfinsavak alkilező észteresítését5,6,7 és 5-tagú N-heterociklusos vegyületek N-alkilezési reakcióit 8 tanulmányoztuk alkil-halogenidekkel MW körülmények között. Célunk annak vizsgálata volt, hogy a fázistranszfer katalizált O- és Nalkilezések körében milyen hatása, illetve befolyása van a MW besugárzásnak. Van-e esetleg valamiféle szinergizmus? Célunk volt továbbá ezen reakciók optimális körülményeinek megtalálása, a termékek azonosítása, illetve jellemzése. A p-krezol O-alkilezését kvaterner ammóniumsókkal is elvégeztük.9 Vizsgálni kívántuk az óniumsók MW körülmények közötti speciális hőelnyelő képességéből adódó esetleges előnyöket. Ezen kívül egy három komponensű kondenzációs reakció, a kettős Kabachnik-Fields, vagy más néven bisz(foszfa-Mannich) reakció és a foszfa-Michael addíció MW körülmények közötti megvalósíthatóságát is vizsgáltuk.10,11 Célunk volt az említett reakciók oldószer és katalizátor nélküli megvalósítása és a termékek hasznosítása. Végül dialkil-foszfitok különféle alkoholokkal történő átészteresítését tanulmányoztuk katalizátor alkalmazása nélkül MW körülmények között. Célunk az említett reakciók nemcsak szakaszos, hanem folyamatos üzemű MW reaktorban történő megvalósítása is, ugyanis méretnövelés szempontjából az utóbbi jó alternatíva lehet. [1] Microwaves in Organic Synthesis; Loupy, A. Ed.; Wiley-VCH, Weinheim, 2002. [2] Green Chemistry and Catalysis; Sheldon, R. A.; Arends, I.; Hanefeld, U.; Wiley-VCH, Weinheim, 2007. [3] Keglevich G.; Bálint E.; Karsai É.; Grün A.; Bálint M.; Greiner I. Tetrahedron Lett. 2008, 49, 5039-5042. [4] Keglevich G.; Bálint E.; Karsai É.; Varga J.; Grün A.; Bálint M.; Greiner I. Lett. Org. Chem. 2009, 6, 535. [5] Bálint, E.; Jablonkai, E.; Bálint, M.; Keglevich, G. Heteroatom Chem. 2010, 21, 211-214. [6] Keglevich, G., Bálint, E., Kiss, N. Zs., Jablonkai, E., Hegedűs, L., Grün, A., Greiner, I. Curr. Org. Chem. 2011, 15, 1802-1810. [7] Jablonkai, E.; Bálint, E.; Balogh, G. T.; Drahos, L.; Keglevich, G. Phosphorus, Sulfur, Silicon, 2012, 187, 357-363. [8] Milen M.; Grün A.; Bálint E.; Dancsó A.; Keglevich G. 2010, 40, 2291-2301. [9] Bálint, E.; Greiner, I.; Keglevich, G. Lett. Org. Chem. 2011, 8, 22-27. [10] Bálint, E.; Fazekas, E.; Pintér, G.; Szöllősy, Á.; Holczbauer, T.; Czugler, M.; Drahos, L.; Körtvélyesi, T.; Keglevich, G. Curr Org Chem. 2012, 16, 547-554. [11] Bálint, E.; Takács, J.; Drahos, L.; Keglevich, G. Heteroatom Chem. – nyomdában

Köszönetnyílvánítás: OTKA K83118 , Kutatóegyetemi project

19

Klórtartalmú szerves vegyületek sugárzásos lebontása szennyvízben R. Homloka,b, E. Takácsa, L. Wojnárovitsa a

Magyar Tudományos Akadémia, Energiatudományi Kutatóközpont, Izotópkutató Intézet b BME Kémiai és Környezetei Folyamatmérnöki Tanszék

Új gyógyszermolekulák tervezésénél a gyártóknak figyelembe kell venni azt, hogy azoknak ne legyen a környezetre gyakorolt toxicitása. Sok esetben azonban a gyógyszermolekulák bomlástermékei lehetnek mérgezőek a növény és állatvilágra. Erre jó példa a diklofenac (DCF), egy nem szteroid típusú gyulladáscsökkentő szer. A DCF ökotoxicitása viszonylag alacsony, de más gyógyszerekkel a vízben kombinálódva, a toxikus hatás jelentős mértékben növekszik. Lebomlás során az egyik melléktermék a 2,6-diklóranilin (DCA), amely már sokkal mérgezőbb, mint a DCF. E két vegyület nagyenergiájú sugárzással történő lebomlását tanulmányoztuk.

Diklofenák

2,6-Diklóranilin

Gamma- és impulzusradiolízis kísérleteket végeztünk. A bomlását UV-VIS spektrofotométerrel követtük, elválasztásukhoz LC/MS-t azonosításukhoz pedig diódasoros és MS-MS detektort használtunk. A méréseket elvégeztük különböző körülmények között eltérő dózisokkal, különböző adalékanyagok hozzáadásával is. Az oldatokon végeztünk még kémiai oxigén igény, összes szerves széntartalom meghatározást, és néztük a toxicitás értékeket is. A OH gyök több helyen is megtámadhatja a DCF molekula két gyűrűjét, ez a reakció indítja el a bomlást. A hidroxilált termékek hozama oxigén jelenlétében növekszik, peroxi köztitermékek keletkeznek, majd gyűrűfelnyílás és mineralizáció játszódik le. DCA esetén a  OH gyök reakció együtt jár a klór leválással. Referencia: Renáta Homlok, Erzsébet Takács, László Wojnárovits, Elimination of diclofenac from water using irradiation technology. Chemosphere, (2011) 603–608

20

A nitrogén-terhelés megnövekedésének hatása az időszakosan levegőztetett eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerre Weinpel Tamás Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék; 1111 Budapest, Szt. Gellért tér 4.

Magyarország környezetvédelmének az Európai Unió irányelveihez történő felzárkóztatása érdekében napjaink legfontosabb teendői közé tartozik a keletkező szennyvizek minél nagyobb hányadának a megtisztítása, és a meglévő telepek korszerűsítése, optimalizálása. A vízárak növekedése és a gazdasági nehézségek miatt, a vízfogyasztás csökkenéséből fakadóan, nő a háztartásokból származó szennyvizek csatornarendszerbeli tartózkodási ideje. Emiatt a bekerülő, könnyen biodegradálható szénforrások sok esetben már ott eliminálódnak, és így igen kedvezőtlenül alakulhat a kommunális tisztítótelepekre befolyó szennyvizek C:N aránya, ami a szigorodó határértékek mellett, esetleg csupán pótszénforrás – főként metanol – adagolással teszi lehetővé a nitrogéneltávolítást befejező denitrifikációs (nitrátból nitrogén gázt előállító) lépés hatékony elvégzését. A helyzetet nehezíti a szennyvíztisztító telepeken keletkező biomassza (szennyvíziszap) anaerob rothasztása, sőt annak élelmiszeripari hulladékokkal történő együttes kezelése (metán-termeléssel való környezetbarát ártalmatlanítása) még tovább emeli az eleveniszapos térbe visszaérkező N-terhelést, ezzel még kedvezőtlenebbül alakítva a C:N arányt a denitrifikáció folyamatához. A biológiai nitrogéneltávolítás eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerekben történő költséghatékony megvalósítása napjainkban is sarkalatos kérdés. Emiatt a beruházási és az üzemeltetési költségek alacsony szinten tartása az Üzemeltetők kiemelten fontos feladata és célja. A költségek csökkentése érdekében az egy medencében lejátszódó nitrifikációt és denitrifikációt megvalósító, időszakaszosan (part-time) levegőztetett eleveniszapos rendszerek egyre elterjedtebbek. Azonban az Észak-Budapesti Szennyvíztisztító Telepen végzett vizsgálatok során a profilmérések és a matematikai szimulációs számítások is azt mutatták, hogy ez a technika, különösen a megfelelő, könnyen biodegradálható szénforrás szűkében, az elfolyó nitrát és/vagy ammónia koncentráció megemelkedését okozhatja a hőmérséklet csökkenésével. A kutatás első felében az Üzemeltetőtől származó befolyó és elfolyó adatok elemzésével felmértük a Telep hatékonyságát, ill. a matematikai szimulációs számítások kiinduló paramétereit határoztuk meg, majd a profilmérések adatait is felhasználva kalibráltuk a matematikai modellt. Ezután a számításokkal a megnövekedett nitrogén-terhelés Telep működésére gyakorolt hatását vizsgáltuk különböző hőmérsékleteken, a levegőztetett (Ae) és nem levegőztetett (Ax) periódus, mint kontroll paraméter mellett. Arra kerestük a választ, hogy az elfolyó nitrogén koncentráció változatlan szinten tartása milyen beavatkozásokkal – levegőztetett/nem levegőztetett arány változtatása, nitrát-recirkuláció növelése, metanol adagolása – tartható a jelenlegi szinten, vagy akár csökkenthető. Az eredmények azt mutatták, hogy a nitrogénre vonatkozó határértékek teljesítése érdekében szükségessé válhat pótszénforrás adagolása. Ugyanakkor arra is rámutattak, hogy az elődenitrifikációt megvalósító, anoxikus szelektorok előnyben részesítésével és a befolyó szennyvíz széntartalmának hatékonyabb felhasználásával a nitrogéneltávolítás utolsó lépéséhez szükséges metanol-igény csökkenthető, mely jelentős költségmegtakarítást jelent.

21

Különböző összetételű és hőmérsékletű termálvizek ionösszetételének csökkentése nanoszűréssel Tonkó Csilla Mária, Dr. Cséfalvay Edit, Dr. Pátzay György Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék 1111 Budapest, Budafoki út 8. F II 1. em.

Magyarország kedvező geotermikus adottságainak köszönhetően kimagasló számú termálkúttal rendelkezünk. 1400 regisztrált termálkútból, jelenleg körülbelül 950 üzemel hazánkban. A kutak vize általában stabil összetételű, ám eredetükből adódóan a különböző területeken kitermelt termálvíz különböző komponenseket tartalmaz: Ca/Mg-hidrokarbonátos, Na-hidrokarbonátos, NaCl-os, szulfátos, jodidos és bromidos lehet a főbb ionösszetételét figyelembe véve. Eleinte a termálvizet elsősorban gyógyászati, háztartási és pihenési célokra alkalmazták, ma már nélkülözhetetlen energiaforrás a mezőgazdaság és az ipar egyes területein is. A kitermelt termálvizet sok esetben közvetlenül a fűtési rendszerbe vezetik, vagy pedig hőcserélőkön keresztül hasznosítják hőenergiáját. Mindkét esetben vízkőkiválási problémák jelentkezhetnek. Jelenleg a geotermális fűtési rendszereknél inhibitorok, vegyszerek adagolásával vagy nagyfrekvenciás eljárással próbálják elkerülni a vízkőkiválást, azonban hazánkban szigorú jogszabályok szabályozzák a használt termálvizek felszíni és felszín alatti víztestekbe történő elhelyezését. Alapvető cél a víztestek minőségének védelme, melynek érdekében az energetikai célra felhasznált termál csurgalékvíz minőségére vonatkoznak a legalacsonyabb határértékek és ezek betartását nehezítik az adagolt vegyszerek. A termálvizek sótartalmának csökkentésére használható membrántechnikai módszer az ultraszűrés, a nanoszűrés és a fordított ozmózis. Ezen eljárások közül a fordított ozmózis a leghatékonyabb, de felmerül a kérdés, hogy valóban szükséges-e ezt a nagy energia igényű, érzékeny és magas költségekkel járó eljárást választani, amikor nem célunk nagytisztaságú vizet előállítani, csupán csökkenteni szeretnénk a problémát okozó komponensek mennyiségét. A nanoszűrés kisebb energiaigényű és gyorsabb kezelést biztosít, mint a fordított ozmózis. A nanoszűrő membránok nagyobb százalékban tartják vissza a többértékű ionokat (pl. Ca2+, Mg2+), mint az egyértékűeket (pl. Na+,K+), vagyis lágyítják a kezelt vizet. Munkánk során megvizsgáltuk, hogy nanoszűréssel milyen mértékben csökkenthető különböző összetételű és hőmérsékletű termálvizek ionösszetétele, különös tekintettel a keménységet okozó sóinak mennyiségére, illetve hogyan alakul a termálvíz talajokban másodlagos szikesedést okozó nátrium egyenérték százaléka és összsó tartalma a kezelés után, melyekre szigorú határértékek vonatkoznak.

22

A kiállított poszterek összefoglalói

23

Kukoricarost alapú biofinomítás integrált vizsgálata kísérletes eszközökkel és számítógépes szimulációval Fehér Csaba*, Barta Zsolt, Réczey Kati Department of Applied Biotechnology and Food Science, Budapest University of Technology and Economics, Szt. Gellért tér 4., Budapest H-1111, Hungary * Tel.: +36-1-463-2843, E-mail: [email protected]

A kukoricarost a kukorica nedves őrléses feldolgozása során keletkező melléktermék, mely alkalmas alapanyag lehet egy biofinomító technológia számára. A mag száraz tömegének mintegy tizedét kitevő kukoricarost összetételét tekintve körülbelül 21% keményítőt, 15% cellulózt, 37% hemicellulózt és kevesebb, mint 3% lignint tartalmaz. Egy kukoricarostot feldolgozó biofinomító üzem technológiai modellje előzetes tanulmányok során, Aspen Plus V7.1 folyamattervező program (Aspen Technology, Inc., Cambridge, MA) segítségével készült el. A biofinomítás első lépéseként megjelenő frakcionálás során a keményítőtartalom eltávolítására, ezt követően pedig a hemicellulóz tartalom oldatba vitelére kerül sor. A keményítőmentesítés forró vizes kezeléssel (120°C, 2 óra), míg a hemicellulóz monomerekké történő hidrolízise híg savas kezeléssel (120°C, 2 óra, 1% kénsav) valósul meg. Mindkét lépés 10%-os szárazanyag tartalommal zajlott a modell alapját képező laboratóriumi kísérletek során, melyeket Kálmán Gergő és munkatársai végeztek [1]. A szimulációs eredmények alapján azonban a tervezett biofinomító csak abban az esetben képes saját energiaszükségletét fedezni, ha a folyamat energiahatékonyságát fokozandó, nagyobb szárazanyag tartalom mellett végezzük a frakcionálás lépéseit. A további szimulációk során a keményítőmentesítés 30%, a híg savas kezelés pedig 22% szárazanyag tartalom mellett történt. Munkánk során a feltételezett szárazanyag tartalom növelésének a frakcionálás lépéseire gyakorolt hatását vizsgáltuk. Az egyes kezelések után a felülúszót és a szilárd frakciót szűréssel választjuk el. A lepényben maradt oldott komponenseket mosással távolítjuk el. A mosáshoz szükséges vízmennyiség meghatározásán túl, a kísérletileg mért mosási görbék és a szimulációban alkalmazott mosási modell összevetését is elvégeztük. Referenciák: 1. G. Kálmán, K. Recseg, M. Gáspár, and K. Réczey: Novel Approach of Corn Fiber Utilization, 2006

24

Olajfa nyesedékből történő bioetanol előállítás technológiaigazdasági modellezése Fehér Csaba*1, Barta Zsolt1, Szabó Tibor1, Fábián Zsolt1, Castro Eulogio2, Manzanares Paloma3, Negro José Maria3, Ballesteros Mercedes3, Réczey Kati1 1

Budapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Szt. Gellért tér 4., 1111 Budapest, Hungary 2 University of Jaén, Department of Chemical, Environmental and Materials Engineering, Campus Las Lagunillas, 23071 Jaén, Spain 3 CIEMAT, Renewable Energies Division, Biofuels Unit, Avda. Complutense n° 22, 28040 Madrid, Spain * Tel.: +36-1-463-2843, E-mail: [email protected]

A mediterrán országokban keletkező mezőgazdasági hulladékok nagy részét az olajfa metszése során keletkező, úgynevezett olajfa nyesedék alkotja. A nagy mennyiségben keletkező nyesedéket legtöbbször darálva visszaszórják a földekre, vagy égetéssel szabadulnak meg tőle. Spanyolországban évente mintegy 7 millió tonna olajfa nyesedék keletkezik, így ipari felhasználására számos kutatás indult. A főként vékony hajtásokat, leveleket és ágakat tartalmazó nyersanyag magas lignocellulóz tartalma révén alkalmas alapanyaga lehet másodgenerációs bioetanol előállításának. Munkánk során az olajfa nyesedék alapú bioetanol előállítás 6 lehetséges, eltérő konfigurációját vizsgáltuk, melyek az előkezelésben és azt követő enzimes hidrolízis és fermentáció megvalósításában térnek el egymástól. A folyamat technológiai modellét Aspen Plus V7.3 folyamattervező programmal, a gazdasági számításokat pedig Aspen Process Economic Analyzer V7.3 programmal végeztük. A folyamat upstream lépései az előkezelést, az enzimes hidrolízist és az alkohol fermentációt tartalmazzák. Az egyes lépések működési paramétereinek, valamint a végbemenő reakciók konverzió faktorainak beállítása kísérleti adatok alapján történt. A downstream műveletek lépései a következők: alkohol desztilláció és vízmentesítés, anaerob erjesztés, szennyvíztisztítás, kombinált hő- és villamosenergia termelés. A gőzrobbantást, a híg savas, valamint a forró vizes előkezeléseket szimultán cukrosítás és fermentáció mellet hasonlítottuk össze az alkohol előállítási költségének tekintetében. Hidrolízis és fermentáció szempontjából 3 beállítást tanulmányoztunk: szeparált hidrolízis és fermentáció, szimultán cukrosítás és fermentáció, valamint prehidrolízis és szimultán cukrosítás és fermentáció. Az egyes konfigurációk összevetése forró vizes előkezeléssel kombinálva történt. Az enzimes hidrolízis során jelenlévő, vízben oldhatatlan szárazanyag koncentráció hatását forró vizes kezelést és szimultán cukrosítás és fermentációt tartalmazó beállítás során vizsgáltuk.

25

Egy fontos cukoralkohol: a xilit Mareczky Zoltán, Réczey Katalin Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem – Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4. Ch épület 2. emelet 204.

A xilit napjaink egyik legfigyelemreméltóbb tulajdonságokkal rendelkező cukoralkoholja. Kedvező élettani hatásainak és széleskörű felhasználásának köszönhetően méltán került a biotechnológiai és mikrobiológiai vizsgálatok középpontjába. A xilit a xilózból keletkező cukoralkohol, melynek felszívódó szénhidrát-, és kalóriatartalma a glükózénak mindössze 40%-a, azonban édesítő hatása megközelíti a szőlőcukorét. A xilit mennyiségi korlátozás nélkül, az alkalmazási céljának megfelelő keretek között biztonságosan alkalmazható. A xilitet cukormentes rágógumik és cukorkák édesítésére használják, valamint a fogászati kutatások eredményeire támaszkodva bizonyították, hogy a fogkrémekben a fluorid mellett a másik legfontosabb összetevőként is szerephez juthat. A szájban található baktériumok nem képesek felhasználni, valamint a fogszuvasodást mérséklő hatásáról is beszámoltak a kutatók. A xilit infúziós oldatok energiahordozójaként is elterjedt, valamint a lassabb felszívódásának és enyhébb vércukorszint emelő tulajdonságának köszönhetően kulcsszerepet játszhat a cukorbetegség megelőzésében és kezelésében. A xilit felhasználását jelenleg a magas ára korlátozza, mely közel 18-szorosa a szacharózénak. Ezt, a nyírfacukor néven is ismertté vált aldopentózt nyírfából, illetve más növényi nyersanyagokból, például búza vagy rizs maghéjából, illetve kukoricarostból állítják elő. A nyersanyagok különböző előkezelése után nyert xilózt alakítják tovább kémiai szintézissel illetve fermentációval. A számos élesztő törzzsel, illetve egyes sugárgombákkal kivitelezhető folyamat során a tápközegben található egyéb monoszacharidok (glükóz, arabinóz, maltóz, stb.) zavaró illetve indukáló hatásán kívül számos további tényező is befolyásolja a xilóz konverzió hatásfokát. Ilyen paraméterek például a cukrokat átalakító enzimek és koenzimek regenerációjáért felelős redox-potenciál, a megfelelő levegőztetési viszonyok, a hőmérséklet, valamint a közeg pH értéke. A jelenleg is futó kísérleteim során négy élesztő törzzsel végeztem fermentációkat: Candida boidinii, C. guilliermondii, C. parapsilopsis és Hansenula anomala. A kísérletek célja az volt, hogy a négy élesztő közül melyik az, amelyik adott tápközegben illetve kontrollált körülmények között a legnagyobb hatásfokkal alakítja át a xilózt xilitté. A fermentációkat modell táptalajon végeztem, Petri-csészékben, ferde agaros kémcsövekben illetve termosztált rázatott lombikokban. A kísérletek során folyamatosan fogyó xilóz illetve a keletkező xilit mennyiségi meghatározásához HPLC berendezést használtam. A kísérletek távlati célja olyan törzs illetve módszer leírása, melynek alkalmazásával a jelenleginél gazdaságosabbá válhat a xilit fermentációs úton történő előállítása.

26

Új 1-arilpirrol származékok szintézise Deák Szilvia1, Mátravölgyi Béla2, Faigl Ferenc1,2 1

2

BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8., MTA Szerves Kémiai Technológia Tanszéki Kutatócsoport, 1111 Budapest, Budafoki út 8.

A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén működő kutatócsoportban már több éve folynak új arilpirrol származékok előállítását és tulajdonságaik vizsgálatát célzó kutatások. Munkám az 1-arilpirrol (1) alapvázat tartalmazó, különböző helyzetben és mértékben brómozott származékok szintézise volt. A vegyületek halogénatomjainak egyenkénti cseréjével különböző szubsztituensek egyszerű bevitele válik lehetővé, ami nagymértékben csökkentheti a célvegyületek többlépéses szintéziseinek hosszát. Célom elérése érdekében részletesen vizsgáltam az alapvegyület N-bróm-szukcinimiddel történő brómozási lehetőségét. Kiváló szelektivitású és termelésű szintézist dolgoztam ki az α-, α’-helyzetben szubsztituált dibróm-származékok (2) előállítására. Egy másik szerkezetű dibrómvegyület szintézisét is megvalósítottam. Az alapvegyület dimetallálását követően dibróm-etánnal reagáltatva a pirrolgyűrű α-, a benzolgyűrű orto-helyzetében szubsztituált dibróm-származékhoz (3) jutottam. E vegyület N-bróm-szukcinimiddel történő további brómozásával a pirrolgyűrű α-, α’-, a benzolgyűrű orto-helyzetében szubsztituált trihalogénezett-származékot (4) kaptam (1. ábra).

1.

ábra

A kidolgozott eljárás felhasználásával korábban előállított több 1 típusú vegyület halogénezését is megvalósítottam. Megállapítható, hogy amennyiben a pirrolgyűrű α-pozíciójában elektronszívó, vagy nagy térkitöltésű csoport található a brómozás β-helyzetben történik. Ezen túlmenően, ha a pirrolgyűrű α-pozíciójában H- vagy Br-atom található, akkor a brómozás a pirrolgyűrű α’-helyzetében megy végbe. A 2 és 4 vegyületek halogén atomjainak fémorganikus úton történő szelektív cseréje révén különböző karbonsavszármazékokat állítottam elő. Az így kapott vegyületek, a kutatócsoportban előállított atropizomer 1-arilpirrol származékok új csoportját alkotják. A szintetizált új vegyületek szerkezetazonosítására a tanszéken, illetve a csoportunkkal együttműködő partner intézeteknél rendelkezésre álló korszerű spektroszkópiai módszereket (NMR, IR, XRD, MS) alkalmaztam. A munkát a Richter Gedeon Nyrt támogatásával végeztük.

27

A kurkumin feldolgozási stabilizáló hatása polietilénben Tátraaljai Dóra 1,2, Kirschweng Balázs 1,2, Kovács János 1,2, Földes Enikő 1,2, Pukánszky Béla 1,2 1

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, Műanyag- és Gumiipari Laboratórium 2 Magyar Tudományos Akadémia, Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet ([email protected])

A polietilén napjaink egyik legelterjedtebb tömegműanyaga, széleskörűen felhasználható. A polimert feldolgozása során magas hőmérséklet, nyíróigénybevétel és kis mennyiségű oxigén éri, ami megfelelő adalékok nélkül degradációhoz, a polimer láncok tördelődéséhez és/vagy növekedéséhez, végső soron térhálósodáshoz vezet, a termék minősége nem felel meg a követelményeknek. A gyakorlatban általában szintetikus stabilizátorokat alkalmaznak a fent említett reakciók megakadályozására, azonban ezen anyagok reakciótermékei kioldódhatnak a polimerből és károsíthatják az élő szervezetet. Célul tűztük ki olyan természetes antioxidáns alkalmazását feldolgozási stabilizátorként, ami hatékonyan gátolja a polietilén degradációs reakcióit és a műanyagból kioldódva nem károsítják, esetleg még pozitív hatással is lehetnek az emberi szervezetre. Kísérleteim során a kurkumin, egy természetes antioxidáns hatékonyságát vizsgáltam, összehasonlítottam az iparban legelterjedtebben alkalmazott fenolos antioxidáns hatásával. Munkám során FS471 típusú TVK gyártmányú polietilén port alkalmaztam. Referenciaként adalékmentes mintát és ipari stabilizátorokkal (Irganox 1010 és Sandostab P-EPQ) feldolgozott polietilént használtam. 1000 ppm kurkumin, valamint 1000 ppm kurkumin + 2000 ppm P-EPQ tartalmú mintákat vizsgáltam. A polimert az adalékokkal gyorskeverőben homogenizáltam, majd hatszori degradatív extrúziót végeztem. Minden lépés után mintát vettem. A polimer kémiai szerkezetét infravörös spektroszkópiával, a színét a sárgasági indexszel (YI) jellemeztem. A reológiai tulajdonságok meghatározásához a folyásindexet (MFI), valamint a dinamikus viszkozimetriás és kúszási jellemzőket mértem. A maradék termooxidatív stabilitás meghatározására az oxidációs indexet (OIT) alkalmaztam. A polimer mechanikai szilárdságát húzóvizsgálatokkal mértem. Az adalék eloszlását a polimerben optikai mikroszkópos vizsgálattal ellenőriztem. Az eredmények azt mutatják, hogy a kurkumin hatékonyabb feldolgozási stabilizátor, mind magában, mind a szekunder antioxidánssal társítva, mint a referenciaként alkalmazott ipari stabilizátor. Hátránya, hogy erősen elszínezi (narancssárgára festi) a polimert, ami korlátozza a gyakorlati felhasználhatóságot. A munkát az OTKA K 77860 anyagi támogatásával végeztük.

28

Heterogén palládiumkatalizált reakciók vizsgálata Németh János, Kiss Árpád, Hell Zoltán Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8.

Az utóbbi évtizedek szerves kémiai kutatásainak egyik fő iránya olyan új katalizátorok, illetve reagensek keresése, amelyek aktívabbak, szelektívebbek, esetenként újra felhasználhatóak, egyszerűbben kezelhetők, és kevésbé terhelik a környezetet, mint a legtöbb hagyományos katalizátor. Az elmúlt években egyre nagyobb jelentőségűvé vált a különböző ásványi alapú katalizátorok, például természetes és módosított agyagásványok, zeolitok, vegyes oxidok használata. Gyakran alkalmazzák ezeket az anyagokat különböző nehéz- és nemesfémkatalizátorok hordozójaként is. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén több éve folynak kísérletek különböző szilárd savak és szilárd bázisok felhasználhatóságának vizsgálatára szerves kémiai szintézisekben. Munkám kezdetekor e kutatásokba kapcsolódtam be. Feladatom az volt, hogy vizsgáljam különböző hordozókra felvitt fémek, elsősorban palládium alkalmazhatóságát különböző szén-szén kapcsolási reakciókban, kiindulva a korábbi tanszéki kutatások során Heck-, Sonogashira-, Suzuki-, illetve Kumada-kapcsolásban elért eredményekből. Először vizsgáltam a korábban kifejlesztett magnézium-lantán vegyes oxid-hordozós palládium katalizátor (Pd/MgLaO) alkalmazhatóságát az aril-halogenidek és szilánok között lejátszódó Hiyama-reakcióban. Megállapítottam, hogy a reakció megfelelő konverzióval megvalósítható aril-jodidokkal, tetrabutilammónium-fluorid jelenlétében. A kvaterner ammóniumsó kiváltása nem járt sikerrel. Aril-bromidok esetén nem a várt szén-szén kapcsolási reakció ment végbe, hanem a halogenid Wurtz-típusú önkapcsolása, valamint dehalogéneződése játszódott le. Nitrocsoportot tartalmazó aromás halogénvegyületek esetében, alkoholban, nátrium-hidroxid jelenlétében a nitrocsoport szelektív redukcióját figyeltük meg. Munkám folytatásaként ezt a reakciót vizsgáltam behatóbban. Igazoltam, hogy a redukció a transzfer hidrogénezés egy formája, az oldószerként alkalmazott alkohol karbonsavvá oxidálódik a folyamat során. Hasonló reakciókat leírtak az irodalomban, de esetünkben a katalizátor hordozó és a reakciókörülmények megfelelő megváltoztatásával sikerült a redukció különböző köztitermékeit (azoxibenzol, azobenzol) is szelektíven, környezetkímélő módon előállítani. A 4-nitroacetofenonnal végrehajtva a reakciót a nitrocsoport transzfer hidrogénezés típusú redukciója mellett érdekes jelenség, az acetil oldallánc etilcsoporttal történő meghosszabbodása ment végbe. A reakció különlegessége, hogy az oldallánc-hosszabbodás során az oxo-csoport érintetlen marad. További kísérletek alapján a folyamat más alkoholokban (pl. propanol, n-butanol) is végrehajtható, különböző méretű alkilcsoportokkal meghosszabbítva így az acetil oldalláncot.

29

Fémionokkal módosított bázikus karakterű anyagok vizsgálata szerves szintézisekben Fodor Anna, Debreczeni Nóra, Dr. Hell Zoltán BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Szerves Kémia és Technológia Tanszék 1111 Budapest, Budafoki út 8.

A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékén több éve folynak kísérletek különböző szilárd savak és szilárd bázisok felhasználhatóságának vizsgálatára szerves kémiai szintézisekben. Munkám célja különböző szerves kémiai reakciók megvalósíthatóságának vizsgálata volt rézzel módosított szilárd bázis típusú katalizátorokkal. Különböző hordozók (MgAl 2:1 hidrotalcit, MgLa 3:1 vegyes oxid, illetve 4 Å molekulaszita) alkalmazhatóságát vizsgáltam. Feladatom elsősorban nem a reakciók optimalizálása volt, hanem áttekintő képet kívántam nyerni arról, hogy ezek az anyagok milyen területeken alkalmazhatók. Az úgynevezett A3-reakciót, melyben aldehidek, alkinek és aminok kapcsolása történik korábban sikeresen valósítottuk meg. Megállapítottuk, hogy a réz a bázikus 4Å molekulaszita hordozón kiválóan használható ebben a reakcióban. További kísérleteket folytattunk más fémionok alkalmazhatóságával kapcsolatban is (nikkel, kobalt, vas, stb.) Ezek alapján megállapítottuk, hogy a kezdetben vizsgált réz(II)-módosított 4Å molekulaszita a legmegfelelőbb a kapcsolásban, de az 5% réz szennyezőt tartalmazó vas(III)-4Å molekulaszitával is hasonló eredményeket értünk el. O R

+

R'

N(R")R'" +

HN(R")R'"

R R'

H

Vizsgáltuk a nem szimmetrikus 1,3-diinek előállítására alkalmas Cadiot-Chodkiewiczreakciót, amely 1-brómalkinek és terminális alkinek kapcsolása. Kísérleteinket rézzel(II)módosított bázikus karakterű katalizátor jelenlétében végeztük. Cu II -hordozó; oldószer R 1C

CBr

+

HC

C(CR2R3R4)

R1C

C(CR2R3R4)

savmegkötõ

Megállapítottuk, hogy a reakció végrehajtható bázikus hordozóra felvitt réz(II) katalizátorral. A termelés függ a komponensek adagolási sorrendjétől. A reakció során közepes kihozatalt értünk el. A Chan-Lam kapcsolás fenilboronsavak és aminok reakciója, melynek során szén-nitrogén kötés jön létre. A reakciót fenilboronsav és különböző aminok között réz(II)-4Å molekulaszita jelenlétében végezve a termék keletkezését nem tapasztaltuk, vagy csupán gyenge termeléssel valósult meg. A katalizátort réz(0)-4Å molekulaszitára cserélve a kapcsolás közepes termeléssel megvalósítható.

30

Új in vitro kémiai modell a foszfolipidózis előrejelzésére a gyógyszerkutatás korai fázisában Müller Judita,b, Balogh György Tibora a b

Richter Gedeon Nyrt, Szintézistámogató Laboratórium, Budapest X. Pf. 27. BME Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1111 Budapest, Budafoki út 8.

A foszfolipidózis (PLD) egy jellemzően kationos (bázikus nitrogént tartalamzó) amfifil karakterű hatóanyagok által kiváltott, lipid-anyagcsere megváltozásával járó gyógyszermellékhatás, ami egyes szervekben (főként tüdő, agy, máj, vese) lokalizálódva a sejteken belüli foszfolipid felhalmozódásához vezet. A foszfolipidózis kialakulását alapvetően háromféle mechanizmussal lehet magyarázni: (1) a nagy lipofilitású gyógyszerek könnyen átjutnak a lizoszómák membránján, ahol a savas közeg (pH = 4) hatására bázikus nitrogénjük protonálódik. A protonálódás (polaritás növekedése) megakadályozza a kifelé történő diffúziót, így az ilyen típusú gyógyszerek a lizoszómán belül maradnak, (2) a hatóanyag foszfolipázokat közvetlenül gátolja vagy a (3) gyógyszerek lipidekhez való kötődésével direkt vagy indirekt módon zavar lép fel a foszfolipidek kata-, és anabolikus folyamatában, így alakul ki a foszfolipidózis1,2,3,4. Számos in silico5,6 és in vitro sejtes7 és nem sejtes8,9 modellt fejlesztettek ki a foszfolipidózis előrejelzésére, melyek kis, illetve közepes áteresztőképességűek. Munkánk során a gyógyszerkutatásban jól ismert permeabilitási modellt, a PAMPA (Parallel artificial membrane permeability assay) módszert alkalmaztuk a foszfolipidózis előrejelzésére. Vizsgálatainkban a PAMPA rendszert újfajta, a korábbi gyakorlattól eltérő körülmények (pHgradiens pH 7,4→4,0; szövetspecifikus lipidek) között alkalmaztuk, melynek eredményeképpen egy nagy áteresztőképességű, robusztus, az eddigiekhez képest ortogonális in vitro PLD modellt kaptunk. Az in vitro PLD modellek esetében jellemző hibát gyógyszerek metabolizmusa okozhat, mely két féle módon is befolyásolhatja a kapott eredményeket. Ha egy kationos amfifil gyógyszer (CAD) metabolitja poláris, az gyorsabban kiürülhet a szervezetből, így kevésbé halmozódik fel, mint az eredeti vegyület. Így ez már nem okoz foszfolipidózist (Álpozitivitás). A másik esetben a nem CAD típusú gyógyszer metabolitja lesz kationos amfifil karakterű, ezzel megnöveli a foszfolipidózis kialakulásának esélyét9. Munkánk során az új gradiens-pH PAMPA módszerrel a metabolizmus befolyásoló hatását vizsgáltuk kiválasztott vegyületeken és azok metabolitjain. 1

Halliwell, W. H. Toxicol. Pharmacol. 1997, 25, 53-60. Kodavanti, U. P.; Mehendale, N. M. Pharmacol. Rev. 1990, 42, 327-354. 3 Ulrich R. G. Kilgore K. S.; Sun, E. L.; Cramer, G. T.; Ginsberg, L. C. Toxicol. Methods 1991, 1, 89-105. 4 Shore, P. A.; Brodie, B. B.; Hogben, C. A. M. J. Pharmacol., Exp., Therap. 1957, 119, 361-369. 5 Ploemen, J. H. T. M.et al. Experimental and Toxicologic Pathology 2004. 55, 347-355. 6 Tomizawa, K. et al. Journal of Toxicological Sciences 2006, 31(4), 315-324. 7 Mesens, N. et al. Toxicology in Vitro 2010, 24, 1417-1425. 8 Jiang, Z. et al. Journal of Pharmaceutical and Biomedicinal Analysis 2010, 61, 184-190. 9 Zhou, L. et al. Analytical Chemistry 2011, 83(18), 6980-6987. 2

A poszter a Richter Gedeon Talntum Alapítvány támogatásával készült.

31

Természetes töltőanyagokkal módosított PVC kompozitok: határfelületi kölcsönhatások és mikromechanikai deformációs folyamatok Cs. Kenyó1*, J. Móczó1,2, K. Renner1,2, B. Pukánszky1,2 1 2

BME FKAT Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, Budapest, Pf. 91 MTA KK Anyag- és Környezetkémiai Intézet, Budapest, 1525 Pf.17

Az utóbbi időkben rendkívül megnőtt a megújuló nyersanyagforrásból származó alapanyagok iránti érdeklődés. A természetes eredetű töltő- és erősítőanyag számos előnyös tulajdonsággal rendelkezik, mint pl. kitűnő mechanikai tulajdonságok, könnyű hozzáférhetőség és elfogadható ár. A hátrányuk azonban, hogy a tulajdonságok a nyersanyagforrás eredetétől függően, valamint évről évre is széles tartományban változnak. A szálak rendkívül érzékenyek a nedvességre továbbá a hőmérsékletre és keresztirányú szilárdságuk is kicsi. Amennyiben nagy töltőanyag tartalmú kompozitot készítünk, a megfelelő adhéziót és a feldolgozhatóságot is biztosítani kell. A töltőanyag nagy szemcseméretének és kis felületi szabadenergiájának köszönhetően a komponensek között gyenge adhézió alakul ki. Ez külső terhelés hatására a határfelületek elválásához és a kompozit idő előtti tönkremeneteléhez vezet. A munka célja, hogy megismerjük a PVC/természetes töltőanyag kompozitok szakítási és törési jellemzőit, valamint a legfontosabb tönkremeneteli folyamatokat. Akusztikus emisszió (AE) és térfogati deformáció (VOLS) módszerrel megpróbáltuk azonosítani ezeket a folyamatokat. A kompozitok szerkezetének tanulmányozására a törési felületekről elektronmikroszkópos (SEM) felvételeket is készítettünk. A mechanikai tulajdonságok vizsgálata alapján megállapítottuk, hogy a kompozitok merevsége növekszik a töltőanyag tartalommal. A töltőanyag nagy szemcsemérete miatt a töltőanyag részecskék könnyen elválnak a PVC mátrixtól, ami már kis deformációknál jelentős térfogat növekedéshez, és a kompozit gyors tönkremeneteléhez vezet. Nagy töltőanyag tartalomnál a részecskék könnyen aggregálódnak, ami a szilárdság csökkenését eredményezheti.

32

Kisfrekvenciás ultrahang cellulóz-celluláz reakcióra gyakorolt hatása Szabó Orsolya Erzsébet, Csiszár Emília Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1111 Budapest, Műegyetem Rakpart 3.

A vegyszeres textil-feldolgozási folyamatok helyettesítésének egyik ígéretes lehetősége az enzimkatalizált reakciók alkalmazása. Az enzimes kezelések megvalósítása enyhébb reakciókörülményeket, így kisebb energiaráfordítást igényel, mint a hagyományos textiltechnológiai eljárások. Az enzimek alkalmazásának további előnye, hogy a keletkező szennyvíz biodegradálható. A heterogén fázisú enzimkatalizált folyamatok azonban időigényesek az enzim makromolekulák kis diffúziósebessége, ill. a folyadék-szilárd fázishatáron kialakuló folyadék filmréteg ellenállása következtében. A hagyományos mechanikai agitációs módszerek alkalmazása nem szolgál megfelelő hatékonyságnövekedéssel, a kisfrekvenciás ultrahang azonban potenciális megoldás lehet. A szakirodalomban számos kutatásban igazolták, hogy a nagyenergiájú, kisfrekvenciás ultrahanggal jelentősen növelhető az enzimes textiltechnológiai folyamatok sebessége. Az ultrahang egyes paramétereinek, illetve az ultrahangos rendszer egyéb beállításainak a konkrét hatását azonban eddig még nem tanulmányozták. Az emberi fül számára nem hallható ultrahang alatt a 17 kHz frekvencia feletti longitudinális hullámokat értjük. A hanghullám terjedésekor a folyadékközegben ritkulási és sűrűsödési ciklusok alakulnak ki a meglökött tömegrészek elmozdulása miatt. A ritkulási fázisban a képződő vákuum mikroméretű buborékokat hoz létre, amelyek a sűrűsödési fázisban extrém körülmények között összeroppannak – kavitáció alakul ki. Ez a jelenség a kisfrekvenciás tartományban (20-100 kHz) a legintenzívebb, továbbá heterogén rendszerben több százszor nagyobb, mint homogén folyadék fázisban. Szilárd felszín közelében a kavitációs buborék a sűrűsödési ciklusban aszimmetrikusan felnyílik, majd a szilárd felszín felé irányuló folyadéktömeggel töltődik fel. Ezt a nagysebességű mikroáramlást microjet-nek nevezzük, amely gyorsítja az anyagtranszportot heterogén rendszerben. Kutatómunkánk célja a kisfrekvenciás erő ultrahang egyes paraméterei hatásának jellemzése homogén és heterogén fázisú enzimkatalizált reakciókban. A munka első szakaszában megvizsgáltuk az ultrahang enzimaktivitásra gyakorolt hatását. Ezt követően celluláz enzimkomplexszel kezeltünk pamut cellulóz modell szubsztrátumot ultrahang jelenlétében. Az ultrahang paramétereinek módosításával és különböző szubsztrát formák alkalmazásával jellemeztük a cellulóz-celluláz modellreakció hatékonyságát. Felhasznált irodalom 1. Mason, T. J., Chemistry with ultrasound, Elsevier Applied Science (1990) 2. Szabó, O. E., Csiszár, E., Magyar Textiltechnika, LXIV, 99-102 (2011) Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönetet mondanak az OTKA-nak a kutatás támogatásáért (Projekt azonosító: K82044).

33

Foszfinsavak direkt észteresítése – egy új és környezetbarát megközelítés Kiss Nóra Zsuzsaa, Keglevich Györgya a

BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1521 Budapest, Magyarország

Hagyományos, termikus körülmények között a foszfinsavak nem reagálnak alkoholokkal, ezért a foszfinátokat leggyakrabban a megfelelő savkloridokból állítják elő (1. ábra). Ezt a módszert sok ismert hátránya ellenére is széleskörűen alkalmazzák az iparban. Célunk annak vizsgálata volt, hogy nem lehetséges-e mégis direkt módon észteresíteni a foszfinsavakat.

1. ábra. Hagyományos eljárás foszfinátok előállítására

A környezetbaráttá tétel érdekében a mikrohullámú technikát hívtuk segítségül. Azt találtuk, hogy a hagyományos körülmények között nem végbemenő direkt észteresítés mikrohullámú besugárzás hatására mégis lejátszódik. A modellvegyületként választott, és általunk előállított ciklikus foszfinsavak és a 15-szörös feleslegben vett alkohol elegyét kb. 200°C-on, zárt rendszerben sugároztuk be (2. ábra).1-2 Ilyen körülmények között a megfelelő ciklikus foszfinátokat mintegy 45-60%-os preparatív termeléssel tudtuk előállítani. Hosszabb szénláncú, kevéssé illékony alkoholokat választva, a direkt észteresítés kvantitatívvá tehető.3

2. ábra. Az általunk kidolgozott módszer foszfinátok előállítására

Összességében hét modellvegyület észteresítését sikerült megoldanunk mikrohullámú körülmények között. Felderítettük az észteresítések optimális reakciókörülményeit is, valamint tanulmányoztuk a modellvegyületek reakciókészségét. Közel harminc foszfinátot állítottunk elő az irodalomban eddig le nem írt direkt észteresítési módszerrel. Mivel esetünkben nincs szükség foszfinsav-kloridokra, az általunk kidolgozott eljárás gazdaságosabb és környezetbarátabb a korábbi módszereknél. További céljaink közt szerepel a foszfinsavakra kidolgozott észteresítési reakció kiterjesztése foszfon- és foszforsavakra is. 1. N. Zs. Kiss, K. Ludányi K, L. Drahos, G. Keglevich, Synthetic Commun. 2009, 39, 2392-2404. 2. G. Keglevich, E. Bálint, N. Zs. Kiss, E. Jablonkai, L. Hegedűs, A. Grün, I. Greiner, Curr. Org. Chem. 2011, 15, 2802–1810. 3. G. Keglevich, N. Zs. Kiss, Z. Mucsi, T. Körtvélyesi, Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 2011-2018.

Köszönetnyilvánítás: OTKA No K067679 és K83118; TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002.

34

Alkilezések és Michael-addíció MW körülmények között E. Jablonkaia, Gy. Keglevicha a

BME, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1521 Budapest, Magyarország

A mikrohullámú technika alkalmazása manapság egyre szélesebb körben terjed a különféle reakciók megvalósítása során. Már ipari méretű átalakítás is ismeretes, azonban e téren igazi áttörés csak az elkövetkező években várható. Szintén környezetbarát reakciómegvalósítást tesz lehetővé a fázistranszfer katalitikus technika, melyet egyre inkább alkalmaznak a gyógyszer- és műanyagiparban. A foszfinátok előállíthatók foszfinsavak (1-hidroxifoszfolén-oxid, 1-hidroxifoszfolán-oxid, 1hidroxi-1,2,3,4,5,6-hexahidrofoszfinin-oxid) alkil-halogenidekkel történő szilárd-folyadék kétfázisú alkilező észteresítésevel, így elkerülhető a foszfinsav-kloridok alkalmazása. Mikrohullámú körülmények között a normál reakcióképességű alkilezőszerekkel végzett reakciók során a fázistranszfer katalizátor bemérése teljes átalakulást tett lehetővé. Kihívást jelentett számunkra a hőre érzékeny 1-hidroxi-1,2-hihidrofoszfinin-1-oxid és a 3hidroxi-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-1-oxid alkilező észteresítése. MW T, t K2CO3 5% ClTEBA oldószer nélkül

= O

+ O

P OH

CH3 R

R P

,

P

OnBu

CH3 ,

P

CH3 P

R = H, CH3

n

BuBr

Cl

 T, t K2CO3

( 1.2 ekv.)

CH3

=

aceton O

OnBu

CH3

,

P PH3 R = H, CH3

P

Cl

Cl

R

P

Vizsgáltuk a >P(O)H származékok Michael-addícióját 1-fenil-2-foszfolén-1-oxidra. Azt tapsztaltuk, hogy a dialkil-foszfitok illetve a difenilfoszfin-oxid könnyen addícionált a 2foszfolén-1-oxid kettőskötésére.

+ P O

Ph

R1R2P(O)H

A módszer 25°C/17h Me3Al/heptán CH2Cl2

O P

B módszer MW T,t

P O

R1 OEt OMe OBn OEt Ph R2 OEt OMe OBn Ph Ph

Köszönetnyílvánítás:

OTKA No K067679 és K83118 Kutatóegyetem

35

P

O

Ph

R1 R2

A kölcsönhatások szerepe polipropilén/lignin keverékek tulajdonságainak meghatározásában Romhányi Vivien2, Pataki Piroska1,2, Renner Károly1,2, Pukánszky Béla1,2 1

2

Anyag és Környezetkémiai Intézet, Magyar Tudományos Akadémia, H-1525 Budapest, Pf. 17 Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, H-1521 Budapest Pf. 91 Email: [email protected]

A lignin nagy mennyiségben található meg a természetben. Sok lignin keletkezik a papír- és a bioetanol iparban, mint melléktermék. Az ilyen módon keletkezett lignin ára alacsony és legnagyobb részét fűtőanyagként használják fel. A társadalom környezettudatosságának növekedése azt eredményezi, hogy minden iparág, beleértve a műanyagipart is, egyre nagyobb mennyiségben használ fel természetes nyersanyagforrásokat. A lignin értéknövelt felhasználása jelentős környezetvédelmi és gazdasági előnyökkel járna. A lignin az előállítási technológiától függően vagy merev térhálós anyag, vagy kis molekulasúlyú vegyület. A lignin molekulákon található nagyszámú funkciós csoport mindkét esetben erős kölcsönhatások kialakulásához vezet, ami megnehezíti a lignin feldolgozását bármilyen technológiával. Még a papíriparban keletkező lignoszulfonátok, amelyek kis molekulasúlyú anyagok, is csak nehézségek árán vagy egyáltalán nem dolgozhatók fel hagyományos hőre lágyuló műanyagfeldolgozási technológiákkal. A lignin összekeverése más polimerekkel egy ésszerű útnak tűnik új anyagok létrehozására, amelyek érdekes tulajdonságokkal és elfogadható feldolgozhatósággal rendelkeznek. Az a tény, hogy a lignin keverékekkel foglalkozó publikációk száma rohamosan nő, jól mutatja az ebben a megközelítésben rejlő lehetőségeket [1-3]. A kölcsönhatások szerepe a polimer/lignin keverékek szerkezetének és tulajdonságainak meghatározásában is nagy. Vizsgálataink célja ennek a szerepnek a meghatározása, illetve a gyakorlati felhasználás lehetőségeinek feltérképezése volt. Belső keverőben ipari lignoszulfonátot homogenizáltunk polipropilénnel. A komponensek közötti kölcsönhatást maleinsav anhidriddel módosított polipropilén (MAPP) hozzáadásával javítottuk. A keverékek szerkezetét és mechanikai jellemzőit préselt lapokon határoztuk meg. Az eredmények azt mutatták, hogy a komponensek nem elegyednek, és a lignin nagy cseppek formájában oszlik el a PP mátrixban még nagy lignintartalomnál is. A kompatibilizálás megváltoztatja a diszpergált szemcsék méretét és javítja a mechanikai jellemzőket (merevség, szilárdság, deformálhatóság). Bár a keverékek merevsége és szilárdásga elfogadható, törési ellenállásuk kicsi, javítani kell. Az eredmények arra utalnak, hogy további adalékok hozzáadásával égésgátolt anyagok készíthetők a keverékekből. [1] P. Alexy, B. Košíková, G. Podstránska: The effect of blending lignin with polyethylene and polypropylene on physical properties, Polymer 41, 4901-4908 (2000) [2] C. Ciobanu, M. Ungureanu, L. Ignat, D. Ungureanu, V.I. Popa: Properties of lignin-polyurethane films prepared by casting method, Industrial Crops and Products 20, 231-241 (2004) [3] M. Canetti, F. Bertini: Supermolecular structure and thermal properties of poly(ethylene terephthalate)/lignin composites, Composites Science and Technology 67, 3151-3157 (2007)

36

A hasadó élesztőben működő méretkontroll modellezésének új megközelítései Rácz-Mónus Annaa, Németh Mártona, Sveiczer Ákosa a

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszer-tudományi Tanszék, 1111 Budapest, Szent Gellért tér 4.

A méretkontroll mechanizmusa biztosítja, hogy egy populációban az egymás utáni osztódások során a sejtek mérete közel állandó maradjon. A sejtméret általában két eseményt szabályoz: a DNS replikációt és a mitózisba lépést. Az 1970-es évek óta a hasadó élesztő egyre kedveltebb modellorganizmus kedvező fiziológiai tulajdonságai miatt. Hengeres sejtjei kizárólag hosszirányban nőnek állandó átmérővel. Korai mikrofotográfiás elemzések bizonyították, hogy erős negatív korreláció létezik a sejtek ciklusideje és születéskori mérete között. Tehát születésekor minél nagyobb a sejt, annál rövidebb lesz a ciklusideje. A vad típusú sejtekben a G2 fázis hosszú és a sejt méretétől függ, míg a G1 fázis rövid és a hossza állandó. A kisméretű G2 fázisú sejtekben, a wee1 mitózisos inhibitor fehérje inaktív formában tartja a cdc2/cdc13 fehérje komplexet (MPF). Miután a sejt elér egy kritikus méretet, a wee1 fehérje inaktiválódik, és a sejt elkezdi a felkészülést a mitózisra. A régebbi sejtciklus modellekben az MPF akkumulálódott (a növekvő sejtmérettel arányosan) a konstans méretű nukleuszban. Azonban 2007-ben Paul Nurse kimutatta, hogy a sejtmag a sejtciklus során nő, a sejt térfogatával állandó arányt tartva, ezzel áthúzta a fent leírt elképzelést. A közelmúltban megjelent kísérletes eredmények azt mutatják, hogy létezik egy a sejt hossza mentén, térbeli gradienst mutató pom1 fehérje (amely közvetve hat a wee1 fehérjére). A gradiens maximuma a sejt végeken található, míg a fehérje koncentrációja a sejt közepe felé csökken. Ahogy a sejt hosszában növekszik, középen a pom1 lokális koncentrációja csökken, és a G2 fázis végén egy kritikus szint alá csökkenve a mitózisba lépést eredményezi. Egyszerű differenciálegyenleteket (ODE) használunk a hasadó élesztő sejtciklusát működtető fehérjerendszer leírására. Mivel az összes eddigi sejtciklus modell a méretkontroll mechanizmust az előző hipotézis alapján tartalmazta, célunk volt egy olyan új modell létrehozása, mely már az új elképzelés alapján működik. Sikerült modelleznünk a vad típusú hasadó élesztő, valamint annak wee1- mutánsának sejtciklusát. Utóbbit azért tartottuk érdekesnek megvizsgálni, mivel ezekben a sejtekben máshogyan hat a méretkontroll. A szerzők köszönetet mondanak a pénzügyi támogatásért az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramnak (OTKA K-76229), valamint az Új Széchenyi Tervnek (Project ID: TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002).

37

Diaminnal térhálósított poliszukcinimid alapú polimer gélek térhálósítási fokának meghatározása Benjámin Gyarmati1, Nóra Hegyesi1, Gábor Faludi1, Árpád Némethy1, András Szilágyi1 1

Lágy Anyagok Kutatócsoport, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Hungary, H-1111 Budafoki út 8., E-mail: [email protected]

Az utóbbi években jelentős számú kutató érdeklődése fordult a polimer hidrogélek felé, azok előre megtervezhető fizikai és kémiai tulajdonságai miatt. A polimer hidrogélek egyik legfontosabb jellemzője a térhálópont sűrűség, mely becsülhető különböző elméletekkel duzzadásfok vagy rugalmassági modulus mérésből. Ezekkel azonban mindig csak közelítjük a valódi értéket. Munkánk során kidolgoztunk egy olyan módszert, amivel konkrét értékeket lehet rendelni a kémiai térhálópontok számához. Méréseink során 1,4-diamino butánnal térhálósított poliszukcinimid géleket vizsgáltunk. A mérés során azoknak a térhálósító molekuláknak a számát határoztuk meg, melyek csak egyik funkciós csoportjukkal reagáltak a polimerrel. A szabad amincsoportok számának meghatározására trinitrobenzoeszulfonsavat (TNBS) használtunk, ami szelektíven és gyorsan reagál primer aminokkal [1]. A mérés során a gélt a reagens oldatba helyeztük, majd 24 óra elteltével kimostuk a gélből az el nem reagált TNBS-t. A kimosott reagens mennyiségét ezután UV-VIS spektroszkópiával határoztuk meg. Az elreagált TNBS mennyisége ekvivalens a szabad amincsoportok számával. A méréseink során különböző térhálósítási fokú géleket vizsgáltunk. A térhálósítási fok növekedésével nő azon keresztkötő molekulák aránya, melyek csak egyik funkciós csoportjukkal kötődnek polimerhez. (1. ábra). 25

x ( %)

20 15 10 5 0 5

10

15

20

 (-) 1. ábra Félig elreagált keresztkötő mennyisége (x) a térhálósítási fok (Ψ) függvényében

Hivatkozás: [1] Grotzky A.; Manaka Y.; Fornera S.; Willeke M.; Walde P.: Analytical Methods 2(10) 1448-1455 (2010)

38

Redox-érzékeny poli(aszparaginsav) gélek reverzibilis tulajdonságai Gyarmati B.S., Némethy Á., Szilágyi A. Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazadságtudományi Egyetem, 1111 Budapest, Budafoki út 8., E-mail: [email protected]

A kémiailag térhálósított poli(aszparaginsav) gélek az összetétellel szabályozható, jól definiált válaszreakciót mutatnak a környezeti paraméterek (pl. pH, ionerősség) megváltozására, amely orvosbiológiai alkalmazásuk alapjait jelentheti [1]. Jelen munkánk fő célja redox érzékeny térháló kialakítása volt, amely reverzibilisen reagál külső hatásra. A keresztkötött gélek előállításához két térhálósítót, a redox érzékeny cisztamint és a redox hatásra nem reagáló molekulát, diaminobutánt használtunk. A gélek duzzadásfoka reverbilisen változott redukáló illetve oxidáló közeg hatására több cikluson keresztül (1. ábra). A duzzadásfok szabályozhatónak bizonyult a cisztamin mólarányának változtatásával. A gélek rugalmassági modulusa és optikai tulajdonságai szintén változtak a redoxreakciók eredményeként. A bekövetkező szerkezeti változásokat analitikai módszerekkel is követtük.

Duzzadásfok [-]

1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90

Cisztamin mólaránya 5,0 % 7,5 % 10,0 %

1

2

3

4

Redox lépés sorszáma 1. ábra A poli(aszparaginsav) gélek reverzibilis duzzadásfok-változása redukáló illetve oxidáló közegben

Köszönetnyilvánítás: A kutatómunkát az alábbi pályázatok tették lehetővé: OTKA - PD76401, Új Széchenyi Terv - TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002. Az előadás a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj támogatásával készült.

Irodalomjegyzék: 1. Ahn, S. K.; Kasi, R. M.; Kim, S. C.; Sharmaa, N.; Zhou, Y.; Soft Matter 4 1151-1157. (2008)

39

Hőmérséklet és pH érzékeny interpenetrációs térhálók Á. Némethy, Cs. Németh, D. Tátraaljai, B. S. Gyarmati, A. Szilágyi Lágy Anyagok Kutatócsoport, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, H-1111 Budapest, Budafoki út 8. E-mail: [email protected]

Az intelligens polimer géleket fizikai-kémiai tulajdonságaik alkalmassá teszik hatóanyaghordozó és –leadó rendszerek előállítására. A multireszponzív – azaz többféle külső környezeti hatásra érzékeny – polimer gél mátrixokra mutatkozik a legnagyobb igény humánbiológiai alkalmazásokban. A két legfontosabbnak tartott környezeti paraméter a hőmérséklet és a pH1. A polimer gélek anyagi intelligenciája abban nyilvánul meg, hogy a pH, illetve a hőmérséklet kismértékű változására térfogatuk ugrásszerű megváltoztatásával reagálnak, mely során jelentős mértékben módosulnak a transzporttulajdonságok is. Alapvető célunk volt, hogy létrehozzunk egy, a környezeti pH és hőmérséklet változására érzékenyen reagáló polimer gél rendszert. A tulajdonságok ötvözésének lehetséges módja, ha két polimert IPN rendszerként társítunk egymással. Az egymásba hatoló térhálók (IPN-ek) előnye az egyedi polimerek által alkotott gélekénél, hogy egy sokkal jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkező mátrixot hozhatunk létre, melyek a polimerekre egyedileg jellemző tulajdonságokat a lehető legkedvezőbb mértékben ötvözhetik. Az IPN pH érzékenységét az egyik polimer, a poliszukcinimid [PSI], valamint a belőle lúgos hidrolízissel előállított polielektrolit, a poliaszparaginsav [PASP] biztosította2. A hőmérséklet érzékenység elérését a másik polimer alkotó, az N-izopropil-akrilamid gyökös polimerizációjával előállított poli(N-izopropil-akrilamid) [PNIPAAm] tette lehetővé. Kutatómunkánk során optimalizáltuk az IPN gél mechanikai és fizikai-kémiai tulajdonságait, majd ezt követően a számunkra optimális tulajdonságokkal rendelkező gélt széleskörű vizsgálatoknak vetettük alá. Vizsgáltuk a gélek duzzadásfokának ionerősség függését pH=3 és pH=8 pufferekben, valamint vízben. A duzzadásfok hőmérséklet függését különböző pH-kon állandó ionerősség mellett, illetve pH függését adott hőmérsékleteken. Differenciális pásztázó kalorimetriával (DSC) vizsgáltuk a PNIPAAm fázisátalakulását kísérő hőeffektust, illetve az ionerősség és a pH hatását a fázisátalakulásra és fázisátalakulási hőmérsékletre. A gélek rugalmassági moduluszával jellemeztük a mechanikai tulajdonságokat, illetve azok függését különböző paraméterektől (pl. hőmérséklet, pH, ionerősség). Modell festékagyag segítségével vizsgáltuk a gélekből való hatóanyag-kioldódást. Mérési eredményeinkből kiderült, hogy az általunk létrehozott PNIPAAm és PASP polimerek IPN térhálóként való társításával létrehozott gél mind mechanikai mind fizikai-kémiai tulajdonságait tekintve alkalmas lehet, mint szabályozott hatóanyag-leadó rendszer. Köszönetnyilvánítás: A kutatást támogatta az NKTH – A*STAR (Szingapúr) - Kétoldalú TéT Pályázat (BIOSPONA) és a TÁMOP – 4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 pályázatok.

Referenciák: [1] E. Watanabe, N. Tomoshige, Chemistry Letters, 34(6), 876 (2005) [2] T. Gyenes, V. Torma, B. Gyarmati, M. Zrinyi, Acta Biomater 4, 733 (2008)

40

pH- és hőmérsékletérzékeny PNIPAAm – PASP kotérhálók szintézise és tulajdonságainak vizsgálata Á. Némethy1, K. Solti1, A. Sudár1, B. S. Gyarmati1, E. Csányi2, A. Szilágyi1 1

Lágy Anyagok Kutatócsoport, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Budafoki út 8., Budapest, H-1111 Hungary E-mail: [email protected] 2 Gyógyszertechnológiai Intézet, Gyógyszerésztudományi Kar, Szegedi Tudományegyetem, Eötvös u. 6. Szeged, H-6720 Hungary

Az értékes terápiás szerek felhasználásának hatékonysága jelentősen növelhető az ún. „szabályozott és célzott hatóanyag-leadású” készítmények alkalmazásával. A polimerek és a polimer gélek szerepe a gyógyszer-technológiában felértékelődött, mivel a belőlük készült hordozó mátrixokkal biztosítani lehet a különböző molekulák, hatóanyagok jól definiált kinetikával lejátszódó kioldódását. Az emberi testben a két legmeghatározóbb fizikai-kémiai paraméter a hőmérséklet és a pH, ezért előtérbe kerültek az olyan multireszponzív polimer gélek fejlesztései, melyek ugrásszerű és jelentős térfogatváltozással válaszolnak az említett környezeti paraméterek változására. Kutatómunkám során, vizes közegben sikerrel állítottam elő pH- és hőmérsékletérzékenységet egyaránt mutató PNIPAAm-PASP kotérháló rendszert. A vizes közegben történő előállítás kiemelkedő jelentőséggel bír a humánbiológiai felhasználások szempontjából. Az alkalmazott közegnek köszönhetően hosszabb PNIPAAm láncok épülnek ki, mint a szerves közegű gélesítésnél, így a hőmérséklet érzékenység megnő, és a szervezetet terhelő méreganyag bevitel is lecsökken. A kotérháló vizes közegben történő kialakításához elsőként a PSI vízoldhatóságát kellett biztosítani. A PSI vízoldhatóságát etanol-aminnal történő módosítással értük el. Az etanolaminnal végzett módosítás mellett a későbbi kotérháló kialakítása érdekében allil-aminnal is reagáltattuk a PSI-t. A már vízoldható polimer láncok lelógó allil-csoportjaiknak köszönhetően, képesek voltak a NIPAAm gyökös mechanizmusú polimerizációjába részt venni, kialakítva ezzel egy multireszponzív kotérhálós szerkezetet. A hidrogélek szerkezetét NMR- és FTIR mérésekkel vizsgáltam. SEM felvételekkel igazoltam, hogy a gélek pórusmérete és morfológiája megváltozik a környezeti pH és a hőmérséklet módosításának hatására. Egyensúlyi duzzadásfok méréseket végeztem az ionerősség-, pH-, illetve a hőmérséklet-függés bemutatására. A gélek termikus tulajdonságait DSC vizsgálatokkal igazoltam. Előzetes kioldódás vizsgálatokat végeztünk egy széles körben alkalmazott, nem szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszerrel, a Diclofenac-nátriummal. Az in vitro kioldódás vizsgálat eredményei alapján kijelenthető, hogy a kotérhálók alkalmazhatók szabályozott gyógyszerhatóanyag leadás céljából. Köszönetnyílvánítás: This research was supported by the OTKA Foundation (PD76401) and by the New Széchenyi Plan (TÁMOP4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002). This research was also supported by the János Bolyai Research Scholarship of the Hungarian Academy of Sciences.

Referenciák: (1). Ward M. A.; Georgiou T. K.: Polymers 3 1215-1242 (2011) (2). Erdodi G.; Kennedy J. P.: Progress in Polymer Science 31 1-18 (2006)

41

A pH- és hőmérséklet-érzékeny kotérhálók előállítása és vizsgálata Á. Némethy1, K. Solti1, A. Sudár1, B. S. Gyarmati1, E. Csányi2, A. Szilágyi1 1

Soft Matters Team, Department of Physical Chemistry and Materials Science, Budapest University of Technology and Economics, Budafoki út 8., Budapest, H-1111 Hungary E-mail: [email protected] 2 Faculty of Pharmacy, Pharmaceutical Technology Department, University of Szeged,Eötvös u. 6. Szeged, H6720 Hungary

A gyógyszerformálás területén egyre nagyobb mértékben jelennek meg a polimer gélek, mint lehetséges hatóanyag-leadó rendszerek. A polimer gélek hatóanyag-leadás szempontjából kedvező fizikai-kémiai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mely tulajdonságok a külső környezeti paraméterek változtatásával előre meghatározott mértékben módosíthatók. Kutatómunkám során, sikerrel állítottam elő szerves közegben egy pH- és hőmérsékletérzékeny PNIPAAm-PASP kotérháló hidrogél mátrixot, biodegradabilis poliaszparaginsav (PASP) valamint poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAAm) felhasználásával (Fig.1). A hidrogél szerkezetét NMR- és FTIR mérésekkel vizsgáltam. A SEM felvételekkel igazoltam, hogy a gélek pórusmérete és morfológiája megváltozik a környezeti pH és hőmérséklet hatására. Egyensúlyi duzzadásfok mérésekkel vizsgáltam a gélek ionerősség-, pH-, valamint a hőmérséklet-függését. A gélek termikus tulajdonságait DSC mérésekkel igazoltam. Előzetes kioldódás vizsgálatokat végeztünk - egy széles körben alkalmazott nemszteroid gyulladáscsökkentő gyógyszerrel - mint modell hatóanyag molekulával. Az in vitro kioldódás vizsgálat eredményei alapján elmondható, hogy a kotérhálós hidrogélek szabályozott gyógyszerhatóanyag leadás céljára alkalmazhatók. O O R1

HN OH O

R2 N H OH r

O N H O

p

O

NH R3 HN H3C

R4 k O NH

l O CH3 H3C

CH3

Fig. 1: PNIPAAm-PASP conetwork szerkezete Köszönetnyilvánítás: A kutatást támogatta az OTKA Alapítvány (PD76401) és NKTH - ASTAR Hungarian Singaporean Bilateral S&T International Co-operation (BIOSPONA), valamint a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj.

Irodalom: (1) Ramírez-Fuentes Y. S.; Bucio E.; Burillo G.: Polymer Bulletin 60, 79-87 (2008) (2) Zhao C.; Zhuang X.; He P.; Xiao C.; He C.; Sun J.; Chen X.; Jing X.: Polymer 50, 4308-4316 (2009)

42

Biodegradabilis, pH-érzékeny poliaszparaginsav alapú latexek előállítása E. Krisch, B. S. Gyarmati, Á. Némethy, A. Szilágyi Lágy Anyagok Kutatócsoport, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem E-mail: [email protected]

Az elmúlt két évtizedben az egyre fejlődő hidrogél technológia számos területen tért hódított az élelmiszeripartól kezdve a gyógyszeriparon át az orvosi implantátumokig. A hidrogélek mára jelentős szerepet töltenek be számos műszaki területen. Ezen intelligens polimer gélek érzékenyen reagálnak a környezetben végbemenő változásokra, például pH, ionerősség, hőmérséklet, elektromos vagy mágnesen térerősség, redox potenciál. A kutatócsoportunk által előállított poliaszparaginsav alapú gélek jól definiált pH-függést mutatnak, mely tulajdonság alkalmazható a célzott hatóanyag-leadás területén.

d (nm)

400

300

200 2

3

4

5

6

pH 1.ábra: Poliaszparaginsav gélek hidrodinamikai átmérőjének pH függése

A tömbfázisú rendszerek mellett nagy jelentőséggel bírnak a mikro- és nanoméretű hidrogélek, mivel gyorsabban reagálnak a környezeti változásokra, mint a makroszkópikus méretű gélek, ezért hatékonyabban használhatóak orvosi és egyéb alkalmazásban2. Munkánk során inverz emulziós módszerrel állítottunk elő nanogéleket. Tömbfázisú gélekkel végzett előkísérletek során optimalizáltuk a polimer térháló összetételét, és a reakcióparamétereket. A latex nanorészecskék szintézisét víz az olajban típusú emulzióban valósítottuk meg felületaktív anyag hozzáadása mellett. Az előállított latexeket dinamikus fényszóródásméréssel (DLS) és zeta potenciál méréssel jellemeztük. A kapott gélek 100 nm300 nm mérettartományba estek, és a DLS mérések alapján a részecskék hidrodinamikai sugara változást mutatott a környezet pH-jától függően. Kutatócsoportunk mindezek mellett sikeresen állított elő olyan poliaszparaginsav alapú géleket, melyek a pH érzékenység mellett jelentős redox érzékenységet is mutatnak. Az összetétel optimalizálása után célunk ezen rendszerek nanoméretű szintézise. Referenciák: 1

T. Gyenes, V. Torma, B. Gyarmati and M. Zrinyi, Acta Biomater 4, 733 (2008)

2

J. K. Oh, R. Drumright, D. J. Siegwart and K. Matyjaszewski, Prog. Polym. Sci. 33, 448 (2008)

43

Faliszt kémia módosítása Faludi Gábor1, Csizmadia Réka1, Renner Károly2, Móczó János 2, Pukánszky Béla1,2 1

Műanyag és Gumiipari Laboratórium, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, H-1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3., Magyarország, [email protected] 2 Anyag és Környezetkémia Intézet, Természettudományi Kutatóközpont, Magyar Tudományos Akadémia, H1525 Budapest, P. O. Box 17, Magyarország, [email protected]; [email protected]

Alapötlet, a természetes töltőanyagok belső szilárdsága korlátozott Tanszékünkön Pukánszky és munkatársai PP/faliszt kompozitokat készítettek széles összetételi tartományban, melyekben az adhéziót két különböző maleinsav anhidriddel (különböző MA tartalom ill. mól tömeg) funkcionalizált polipropilénnel (MAPP) módosították. Vizsgálták a minták szakítási jellemzőit, és emellett a mikromechanikai deformációs folyamatok megállapításához akusztikus emissziós és VOLS méréséket is végeztek. A felhasznált MAPP típusa a deformációs mechanizmust nem befolyásolta, ám annál jelentősebb a viszkozitásra, deformálhatóságra és ütésállóságra gyakorolt hatása. A mátrixban és a kompozitokban négy különböző mikromechanikai deformációs folyamatot állapítottak meg. A mátrix főként nyírási folyással deformálódott. Kapcsolóanyagot nem tartalmazó PP/faliszt kompozitokban a faszemcsék két további folyamatot iniciálnak, melyek eltérő deformációnál és terhelésnél jelentkeznek. Nagyon kis terhelés és deformáció mellett a határfelületek elválása a domináns, míg ezt követően a szálak kihúzódása következhet be. Funkcionalizált polimer (MAPP) jelenlétében a határfelületi kölcsönhatás javul, és teljesen megváltoznak a deformációs folyamatok. Noha a nagy szemcsék elválása végbe mehet egy köztes terhelés hatására, a domináns folyamattá a faszemcsék törése vált. A kompozitok szilárdságának további növelése fentiek értelmében a fa belső szilárdságának növelésével valósítható meg. A természetes szálak belső szilárdságának módosítási lehetőségei Jelen munkában két elképzelés megvalósítását végeztük. Az egyik ötlet azon alapul, hogy a természetes szálakban viszonylag nagy mennyiségben előforduló mikro üregeket töltsük fel gyantával, ezáltal növelve a szemcse belső szilárdságát egyúttal elképzeléseink szerint ez az impregnálás a szemcsék vízfelvételi hajlandóság is jelentősen csökkenti. A másik ötlet az, hogy a természetes töltőanyagokban a lignin felfogható, mint ragasztóanyag, ami összetartja a cellulóz rostokat. Az előzőekből következik, hogy ha sikerül megnöveljük a természetes szál lignin tartalmát, akkor az, valószínűsíthetően növeli fogja a szálak belső szilárdságát. Következetések 

PLA/fa kompozitokban a lignines kezelés hatására sikerült növelnünk a kompozit szilárdságát.



Sikerült fenol formaldehid gyantával impregnált faliszttel, PLA/fa kompozitokat készíteni.



Az optimális gyanta koncentráció 1 (m/m)% volt, ez a kezelés csökkenete a faliszt vízfelvételi hajlandóságát, és növelte a kompozitok szilárdságát.

Köszönetnyilvánítás: A heterogén polimer rendszerek kutatását a FORBIOPLAST FP7 projekt EU (212239), FORBIPLA Baross G. projekt (BAROSS-KM07-KM-NEMZ-07-2008-0004) és az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA K 68748) finanszírozták, ezúton is köszönjük a támogatást.

44

Öngyógyító bevonatok vizsgálata pásztázó elektrokémiai mikroszkóppal Pilbáth Aranka, Szabó Tamás, Telegdi Judit, Nyikos Lajos Magyar Tudományos Akadémia, Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet, Határfelületek és Felületmódosítás Osztály, H-1025 Budapest, Pusztaszeri út 59-67.

A pásztázó elektrokémiai mikroszkópia A. J. Bard és W. Engstrom nevéhez fűződik, akik munkatársaikkal e technika fejlesztésében úttörő munkát végeztek a 80-as évek második felében. A technika Magyarországon kevés helyen áll rendelkezésre. A módszer hidat képez a makro- és nanoszkópikus vizsgálatok méretskálája között. Öngyógyító bevonatok vizsgálatára alkalmaztuk a pásztázó elektrokémiai mikroszkópot, annak érdekében, hogy lokálisan feltérképezzük a lezajló folyamatok korai szakaszait. Karcolásos teszteket végeztünk epoxival illetve epoxihoz kevert lenolaj tartalmú mikrokapszulákkal bevont acéllemezeken. Ismeretes, hogy a sérülés mentén a mikrokapszulákból kiszabaduló lenolaj polimerizálódó védőréteget alakít ki a felületen. Ilyen öngyógyító bevonatok hatékonyságát vizsgáltuk 1 M nátrium-perklorát (NaClO4) és 1 mM perklórsav (HClO4) oldatban. A helyi sérülés környékén a fémoldódás és a katódos oxigén redukció mértéke azt mutatta, hogy a mikrokapszulás bevonat jelentős mértékben és spontán módon csökkentette mindkét említett folyamat sebességét, ezzel a bevonat öngyógyító hatását bizonyította.

Bevonatos, karcolt (20 µm széles) acélfelületen mért oxigénredukciós áram topografikus térképe 2 órával a karcolás után (felső ábra – mikrokapszula nélkül, alsó ábra – mikrokapszulával).

Publikáció: Pilbáth A., Szabó T., Telegdi J., Nyikos L.: SECM study of steel corrosion under scratched microencapsulated epoxy resin, Progress In Organic Coatings (2011)-benyújtva

45

6-Tagú P-heterociklusok reszolválása; Racém és optikailag aktív Platina(II)-1- alkil-3-foszfolén komplexek szintézise, molekulaszerkezete, katalitikus aktivitása Bagi Pétera, Fogassy Eleméra, Keglevich Györgya a

Szerves Kémia és Technológia Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1521 Budapest

Az átmeneti fém - foszfin komplexeket széles körben alkalmazzák homogén fázisú katalitikus reakciókban. A hidroformilezés az egyik legfontosabb homogén fázisú katalitikus reakció, ugyanis évente több millió tonna oxo-vegyületet állítanak elő ezen a módon. Mivel az igény folyamatosan nő az enantiomertiszta vegyületek iránt, így az enantioszelektív hidroformilezés fontos reakció mind a finomkémiai, mind a gyógyszeripar számára.1 Az elmúlt években kutatócsoportunk általánosan alkalmazható reszolválási eljárást dolgozott ki aril-, alkil- és alkoxi-szubsztituált-foszfolén-oxidok (1) reszolválására TADDOL származékokat (2-3), valamint dibenzoil- és di-para-toluil-borkősav savanyú Ca2+ sóit (4) alkalmazva reszolválóágensként.2-3 Az elvégzett kutatómunka során a korábban kidolgozott reszolválási eljárást eredményesen alkalmaztuk számos hattagú P-heterociklus (5-7) reszolválására, amely vegyületek az irodalomban nem voltak ismertek optikailag aktív formában. Vizsgáltuk azokat a lehetséges reakcióutakat, amelyek alkalmasak az említett hattagú P-heterociklusok (5-7) racemizáció nélküli egymásba alakítására.4 Az előállított optikailag aktív P-heterociklusok (5-7) jelentősége abban áll, hogy ligandumok lehetnek átmenetifém komplexekben, amelyeket katalizátorként lehet alkalmazni enantioszelektív hidroformilezési reakciókban. Munkánk során racém és optikailag aktív alkil-foszololén ligandumot tartalmazó platinakomplexeket (8) állítottunk elő. Az előállított komplexeket (8) katalizátorként alkalmazták sztirol hidroformilezési reakciójában. Nem várt módon magas regioszelektivitással keletkezett az elágazó láncú aldehid, emellett az enantioszelektivitás értékek magasabbak voltak, mint a korábban vizsgált aril-szubsztituált származékok esetében.

Irodalomjegyzék: 1. Kollár, L.; Keglevich, G. Chem. Rev. 2010, 110, 4257. 2. Novák, T.; Ujj, V.; Schindler, J.; Czugler, M.; Kubinyi, M.; Mayer, Z. A.; Fogassy, E.; Keglevich, G. Tetrahedron: Asymmetry 2007, 18, 2965. 3. Ujj, V.; Bagi, P.; Schindler, J.; Madarász, J.; Fogassy, E.; Keglevich, G. Chirality 2010, 22, 699. 4. Bagi, P.; Laki, A.; Keglevich G. közlés alatt

46

Szilíciumkarbid kvantumpöttyök biológiai képalkotáshoz Beke Da,b, Szekrenyes Zsa, Balogh Ia, Rona Gc,. Vertessy Bb,c, Kamaras Ka and. Gali Aa,b a

Magyar Tudományos Akadémia Wigner Fizikai Kutatóközpont, Szilárdtest-fizikai és Optikai Intézet b Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi egyetem c Magyar Tudományos Akadémia Természettudományi Kutatóközpont Enzimológiai Intézet

Tökéletes jelzőanyagot találni biológiai képalkotáshoz nagy kihívás ugyanis a potenciális markernek i) biológiailag semlegesnek kell lennie ii) fotostabilnak (a jel ne oltódjon ki), iii) a jelintezítás időben állandó legyen, iv) legyen elég kisméretű (kisebb mint 6 nm), v) nagy tömegben legyen előállítható. A szerves lumineszcens vegyületek már régóta ismertek, széles választékban elérhetőek. A szerves festékmolekulák kielégítik a iv-v) kritériumokat, de sok esetben kioltódik a jel a megvilágítást követen, és sokuk toxikus. Stabil fénykibocsátás elérésére jelenleg vegyület félvezető nanokristályokat alkalmaznak, leginkább CdSe kristályokat, melyek esetében az átmérő (ezáltal a kibocsátott fény hullámhossza) a szintézis során jól kontrolálható. A kvantum bezártságnak köszönhetően a kibocsátott fény hullámhossza a mérettel arányosan változik, ezért gyakran kvantumpöttyöknek nevezik őket. A vegyületfélvezetők azonban nehéz-elem tartalmuk miatt erősen toxikusak. Bár a kristályátmérő 1-5 nm, a toxicitás visszaszorítása és a vizes közegben való stabilitás érdekében a használatuk során védőrétegre van szükség. Az általunk előállított szilíciumkarbid kvantum pöttyök az eddig bemutatott jelzőanyagokkal ellentétben képesek lehetnek arra, hogy a vázolt kritériumrendszert teljegy mértékben kielégítsék. A tömbi szilíciumkarbid (SiC) egy nagy keménységgel és kémiai ellenállósággal rendelkező indirekt sávú félvezető anyag. Tömbi és pórusos SiC-ot már számos esetben sikeresen alkalmaztak csont és fog implantátumokban, ami alátámasztja a biológiai kompatibilitását. A nanométeres tartományban a SiC a kvantumbezártságnak köszönhetően méretfüggő tulajdonságokat és effektív lumineszcens tulajdonságokat mutat.. 1-6 nm-es SiC pöttyökkel sikeresen festettek már meg sejteket azok látható perturbeációja nélkül. Az általunk kifejlesztett kétlépéses SiC kvantumpötty előállítási technikával lehetséges 3 nmes átlagos szemcseátmérőjű kristályokat előállítani alacsony diszperzitás fok mellet.. Első lépésben mikrokristályos SiC-ot állítunk elő szilícium és szén reagáltatásával, majd a SiC-ot emelt hőmérsékleten nedves kémiai marásnak vetjük alá. A használt sav hidrogén-fluorid és salétromsav keveréke. A SiC kvantumpöttyök stabil vizes kolloid oldatot képeznek, köszönhetően a poláros és ionos felületi csoportoknak. A felület analíziséhez csillapított teljes visszaverődésen alapuló infravörös feltétet (ATR FTIR) alkalmaztunk. Vizsgálataink megállapították, hogy a felület karboxil csoportokban gazdag, ami a kolloid stabilitás mellett lehetőséget biztosít könnyen kivitelezhető felületmódosításra a további célzott felhasználás érdekében.. Eredményeink összességében bizonyítják, hogy a SiC kvantumpöttyök egy lehetséges alternatívát jelentenek az in vivo és az in vitro biológiai vizsgálatban.

47

Dronsavak hatékony szintézise Rita Kovács,1 Alajos Grün,1 Sándor Garadnay,2 György Balogh , 2 István Greiner,2 György Keglevich1 1

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szerves Kémia és Technológia Tanszék, 1521 Budapest, Magyarország 2 Richter gedeon Nyrt., 1475 Budapest, Magyarország 3 Magyar Tudományos Akadémia Szerves Kémiai Technológiák Kutatócsoport, Budapesti Műszaki és Gazdaságudományi Egyetem , 1520 Budapest, Magyarország

Az 1-hidroxi-1,1- biszfoszfonsavak nagy jelentőséggel bírnak posztmenopauzás oszteoporózis (csontritkulás), a tumorindukált hypercalcaemia, és a Paget-kór betegségek kezelésében. Alapvetően a megfelelően szubsztituált ecetsavat foszforossavval és foszfor-trikloriddal reagáltatva, hidrolízist és pH állítást követően állíthatók elő a dronsavak. A három reaktáns mólaránya az irodalmi előzmények szerint széles skálán mozog. A reaktánsok szerepére, és a reakciómechanizmus magyarázatára csak néhány hivatkozásban található utalás. A BME Szerves Kémia és Technológia Tanszéken azonban már évek óta foglalkoznak a dronsavak szintézisének környezetbarátabbá tételével. A kutatások során elsősorban Risendronát és Zolendronsav hatóanyagok előállításával foglalkoztak. Vizsgálták a reaktánsok mólarányát, és azt találták, hogy az említett két hatóanyag előállításához nem szükséges foszforossav, elegendő csupán 3,2 ekvivalensnyi foszfor-triklorid. [1] Ezután megkíséreltük kiterjeszteni a módszert más hatóanyagok, mint az Ibandronát, Alendronát, Etidronát előállítására is. A reakciókat különböző mólarányokban vett foszforossavval és foszfor-trikloriddal végeztük MSA (metánszulfonsav) oldószerben 75 °Con. A leghatékonyabbnak mindhárom esetben a 3,2 ekvivalensnyi feleslegben vett foszfortrikloridot használó szintézis bizonyult. Ezt követően megkíséreltük elvégezni az előállítást heteroarilecetsav-kloridon keresztül, mely kulcsintermedierje lehet a szintézisnek. Ekkor az első lépésben a kiindulási heteroarilecetsavból ekvivalensnyi foszfor-trikloriddal, tionil kloriddal vagy trifoszgénnel előállítottuk a savkloridokat, majd további két ekvivalensnyi foszfor-trikloriddal alakítottuk dronsavvá. A reakciókat toluol és MSA oldószerekben is elvégeztük. Az egy lépéses reakció hatékonyabbnak bizonyult, mint a két lépéses eljárás, azonban a képződő dronsav bizonyíték a savklorid intermedier létére. MSA oldószerben feltételezhető vegyessavanhidrid intermedier kialakulása is.[2] [1]

Gy., Keglevich; A., Grün; K., Aradi, S., Garadnay; I., Greiner, Tetrahedron Lett., 2011, 52, 2744-2746

[2]

Gy., Keglevich, A., Grün, R., Kovács, K., Koós, B., Szolnoki, S., Garadnay, J., Neu, L., Drahos, I., Greiner, Lettes Drug Desing and Discovery, 2012, 9(4) 345-351

48