2014. június: jegyzet, portré, tudomány, it, disszemináció, innováció, paragrafus, atomenergia, közlekedés, zöldkörnyezet, építés, robotika
2014. június 2.

Szerző:
Szegedi Imre

Budapesten szintetizálnak a szerves kémikusok

Két évvel Ausztrália után és két esztendővel India előtt Magyarország szervezheti meg az International Conference on Organic Synthesis címen ismert szakmai találkozót. A szintetikus szerves kémiával foglalkozó kutatók idei (immáron huszadik) találkozójára a világ számos országából több mint háromszáz szakember érkezik. A június 29. és július 4. között tartandó budapesti találkozó jelentőségét a konferencia társelnöke, Wölfling János, a Szegedi Tudományegyetem tanszékvezető egyetemi tanára foglalta össze.


A hazánkban első alkalommal megrendezésre kerülő konferencia rendezési jogát – az eseményre a szintetikus szerves kémiával foglalkozó kutatók jönnek – pályázati úton nyerték el a magyarok. Az előadók a világ minden tájáról érkeznek, köztük van Kálai Tamás, a Pécsi Tudományegyetem (PTE) professzora, a stabil gyökök kémiájának elismert szakembere. A találkozó kiemelt eseménye a Thieme-IUPAC Prize átadása, amelyet ebben az évben Martin D. Burke, az Illinois Egyetem professzora nyert el – a díjjal ötezer euró is jár.

De mit értsünk szintetikus szerves ké­mián? „A görög eredetű szintézis szó a kémiá­val kapcsolatban valamely (bonyolultabb) vegyület előállítását jelenti egyszerűbb vegyületekből kiindulva. Így a szerves szintézis egy új (vagy ismert) szerves vegyület előállítása általában egyszerűbb kiindulási vegyületekből, kémiai reakciók segítségével. A szerves kémiai tárgyú folyóiratokban közzétett cikkek döntő része szerves szintézisek leírását és ezek értelmezését tartalmazza. A Beilstein online adatbázisában kilencmillió feletti szerves vegyület és mintegy tízmillió reakció adatai találhatók meg” – tájékoztatta magazinunkat Wölfling János. A szegedi professzor szerint a szintetikus szerves kémia nem divatágazat, már közel kétszáz éve a szerves kémia egyik fő irányát jelenti.

A szerves szintézis története 1828-ban kezdődött, amikor Friedrich Wöhler német kémikus karbamidot állított elő egyszerű (szervetlen) vegyületekből. A 19. század végére értékes festékek (például az indigó és más anilinalapú festékek) váltak hozzáférhetővé olcsó kiindulási anyagokból történő előállítással. Hermann Emil Fischer (1902-ben kémiai Nobel-díjat kapott) német kémikus a 19-20. század fordulóján kezdett hozzá a cukrok szerkezetének és sztereokémiájának értelmezéséhez.

Az 1920-as évek végére a szintézis a szerves kémia fő fejlődési irányává vált. A B6-vitamint 1939-ben, az A-vitamint 1949-ben állították elő. Otto Diels és Kurt Alder 1950-ben megosztott Nobel-díjat kapott a ciklohexánvázas vegyületek szintetizálására alkalmas egyszerű és elegáns eljárásért. A fejlődés ezt követően is dinamikus volt, a kutatók számos bonyolult vegyületet (például sztrichint, morfint) szintetizáltak. A kortizon (kortikoszteroid) előállítását az angol Robert Robinson (Nobel-díj 1947) és az amerikai Robert Woodward (Nobel-díj 1965) oldották meg, a penicillint 1957-ben John Sheehan, a klorofillt 1960-ban ugyancsak Robert Woodward állította elő. A szintetikus szerves kémia eddigi utolsó igazán jelentős elismeréseként a 2010-es kémiai Nobel-díjat Richard F. Heck (University of Delaware, USA), Ei-ichi Negishi (Pur­due University, USA) és Akira Suzuki (Hok­kai­do University, Japán) kapták a pal­lá­dium­­atomok által katalizált szerves kémiai reakciók területén elért eredményeikért. Az általuk kidolgozott eljárások új gyógy­szerek fejlesztésében nélkülözhetetlenek.

Hogy miért szintetizál a szerves kémikus? Mert egyes vegyületek reakciókészségét vizsgálja, új szerves kémiai módszerek, reakciók felhasználását próbálja kiterjeszteni, új vegyületeket akar előállítani, illetve a természetben található vegyületek szerkezetét szeretné megállapítani. A múlt század első felében nem voltak még ismertek olyan spektroszkópiai módszerek, amelyekkel egy-egy újonnan izolált természetes eredetű vegyület szerkezetét mintegy „lefényképezték” volna. A szerkezet megállapítása számos lebontási vagy származékképző reakció útján történt meg, majd a kapott adatok alapján megvalósították a vegyület szintézisét. Az egyre nagyobb teljesítményű számítógépekkel ma már sok mindent lehet modellezni, de azokat az anyagokat elő is kell állítani, ami a szintetikus szerves kémikusok feladata. A munkát új technikák és eljárások segítik – ilyen például a mikrohullám segítségével kiváltott szintézisek alkalmazása.

A szintetikus szerves szintézis talán legfontosabb alkalmazási területe a gyógyszerkutatás. Wölfling János szerint a gyógyszerkutatás során a legritkább esetben sikerül mindjárt megtalálni a leghatásosabb vegyületet, számos analóg szerkezet előállításával közelítik meg az optimális hatást biztosító származékot. Ugyancsak fontos része a gyógyszerkutatásnak a hatásos molekula követése a szervezeten belül, vagyis a metabolizmuskutatás. Ez leginkább a gyógyszermolekula különböző helyein történő izotópos jelzéssel történik. Kihívást jelent az egyébként gyorsan lebomló anyagok szerkezetének olyan irányú módosítása, hogy azzal a hatóanyag stabilabb legyen, ugyan­akkor hatásosságát se veszítse el.

A tudományterület fontos feladata a természetben kis mennyiségben előforduló, ám valamilyen szempontból (nemcsak gyógyszerkémiai) fontos vegyület nagyobb mennyiségben történő előállítása. Erre a következő példát említi Wölfling János: 1991-ben a Newsweek folyóiratban megjelent egy cikk, Ér egy fa egy életet? címmel. Ebben arról számoltak be, hogy egy Kanadában és az USA nyugati részén előforduló örökzöld fa (Taxus brevifolia, egy tiszafaféleség) kéreganyagában találtak bizonyos rákbetegségek (mellrák, petefészekrák) ellen hatékony anyagot. Egy beteg kezeléséhez azonban három, nagyjából százéves fa kérgét kell lefejteni, hogy a megfelelő mennyiségű vegyületet kinyerjék. Ha azt vesszük, hogy a Bristol-Myers gyógyszergyártónak mintegy 25 kilogramm tiszta taxol kellett a klinikai kipróbáláshoz, ami körülbelül 38 ezer fa kéreganyagának feldolgozását jelentette volna, nem tűnik meglepőnek, hogy a szintetikus szerves kémikusok rögtön nekiláttak a szintézisének. 1994-ben két, egymástól független kutatócsoport is jelentkezett a megoldással.

Szintetikus szerves kémiával a nagy hazai egyetemeken és akadémiai kutatóintézetekben egyaránt foglalkoznak – időről időre jelentős eredmények születnek, amelyeket vezető nemzetközi folyóiratokban publikálnak a hazai kutatók. Szegeden a szintetikus szerves kémikusok a többféle funkcióra alkalmas szteroidokkal foglalkoznak. Ilyen anyagok a hormonok, amelyek esetében kiderült, hogy egyes vegyületek rákellenes hatást mutatnak. A kutatók feladata olyan módosítások végrehajtása, amelyek erősítik a rákellenes hatást, ám egyúttal gyengítik a hormonális következményeket. Debrecenben a komplex szerkezetű, természetben előforduló, várhatóan biológiai hatással rendelkező oxigéntartalmú heterociklusok (flavonoidok, izoflavonoidok) előállításának vizsgálatával foglalkoznak.

A hazai szintetikus szerves kémikusok egyik legismertebb alakja Szántay Csaba, akinek a Cavinton nevű gyógyszer ipari szintézisének kidolgozása hozott nemzetközi elismertséget. Gyógyszerkémiai kutatásai során a Cavinton mellett a Vinkamin és az Emetin nevű gyógyszerek ipari szintézisét is kidolgozta. Emellett fontos eredményeket ért el a morfin és a prosztanoidok totálszintézisének területén. A nevéhez fűződik a dél-amerikai béka bőréből izolált epibatidin enantioszelektív szintézise, azaz amikor az egyik egymással fedésbe nem hozható tükörképi térszerkezetű molekulapár (enantiomer) egyike túlsúlyban keletkezik a reakció során. Az epibatidin a morfinnál ötszázszor hatékonyabb alkaloid, csakhogy könnyen előfordulhat, hogy – ha rosszul állítják be az adagot – fájdalom­csillapítás helyett a beteg halálos dózisú adagot kap. A szintetikus szerves kémikusok feladata, hogy a hatóanyag szerkezetének változtatásával csökkentsék a túladagolás veszélyét. A PTE munkatársai a mai napig nemzetközi hírnévnek örvendenek a karotinoidkémia területén. A peptidkémia, melyet az ELTE-n és a Sze­gedi Tudományegyetemen (SZTE) művelnek évtizedek óta magas szinten, hasonlóan fontos területe a hazai természetesvegyület-kutatásnak, csakúgy, mint a terpenoidkémia, amelynek a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) és az SZTE a fellegvárai. Jelentős még a magyarországi szénhidrát- és nukleotidkémia, debreceni, budapesti és szegedi kutatóhelyekkel. A nem természetes szerves vegyületek szintézisének fontos területe a heterociklusos kémia, amelynek nemzetközi hírű kutatóhelyei a többi között a BME (például a foszforheterociklusok szintézise kapcsán), a Semmelweis Egyetem, az SZTE és az MTA TTK.

Szintetikus szerves kémiai eredményeken alapuló hatóanyagokkal időről időre a hazai gyógyszergyárak is előrukkolnak. A Richter Gedeon Gyógyszergyár az amerikai Forest Laboratorieszel közösen fejlesztett készítménye, a cariprazine, a jelenlegi vizsgálatok szerint hatásosan és biztonságosan segít a skizofréniában és bipoláris mániában szenvedő betegeken. Ha minden jól megy, ez az originális készítmény jelentős szakmai és üzleti sikerre számíthat. Világszínvonalú munka folyik a Servier hazai kutatóbázisán, de meg kell jegyezni, hogy a többi hazai gyógyszergyárban kevésbé dinamikusan fejlődik ez a terület.

Wölfling János szerint a szintetikus szerves kémikusok is próbálják „zöldíteni” tudományágukat, ám ezt csak bizonyos határig tehetik. Egy adott vegyület előállítása, szintetizálása, akár tucatnyi lépésből is állhat. A reakciók során általában nem egy, hanem több vegyület keletkezik – ebből az elegyből kell kiválasztani a számunkra hasznosat. A kiválasztásban alkalmazott kromatográfiás módszerek ugyanakkor szintén sok oldószert igényelnek. A korszerű eljárásoknak köszönhetően azonban a mai szintetikus szerves kémia összehasonlíthatatlanul tisztább, mint amilyen akár két-három évtizeddel ezelőtt volt.•

 
Innotéka