Naukowcy z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego specjalizują się m.in. w tworzeniu nanokatalizatorów wykorzystywanych w różnych, zarówno organicznych, jak i nieorganicznych reakcjach chemicznych. Spektrum ich zastosowań jest szerokie. Tak zwane katalizatory deNOx mogą być wykorzystywane w procesach oczyszczania powietrza z zanieczyszczeń – na przykład w instalacjach energetycznych spalarni odpadów czy elektrociepłowniach do usuwania szkodliwych tlenków azotu z gazów odlotowych, będących ubocznym skutkiem produkcji energii elektrycznej lub cieplnej. Inne katalizatory z kolei znajdują zastosowanie w procesach przetwarzania amoniaku, który jest potencjalnym źródłem bezodpadowej energii.
Kolejna grupa nanokatalizatorów może być wykorzystywana do prowadzenia reakcji syntezy związków o potencjalnym działaniu antynowotworowym, przeciwgrzybicznym i przeciwbakteryjnym, wykorzystywanych w branży farmaceutycznej. Jeden z takich katalizatorów został właśnie objęty ochroną patentową.
Jak wyjaśnia dr Piotr Bartczak z Zakładu Chemii Organicznej UŚ, współautor rozwiązania, nanokatalizator ten został opracowany z myślą o przeprowadzaniu reakcji sprzęgania Sonogashiry, której nazwa pochodzi od nazwiska jej współodkrywcy – chemika japońskiego pochodzenia Kenkichiego Sonogashiry. – Wielu badaczy ją przeprowadza, jest dosyć popularna. Polega na łączeniu dwóch związków w środowisku zasadowym: terminalnych alkinów z halogenkami arylowymi lub winylowymi. Między cząstkami węgla, które występują w wymienionych związkach, w wyniku sprzęgania powstaje nowe wiązanie węgiel-węgiel. To właśnie przy tworzeniu owego wiązania mogą być stosowane różne katalizatory, w tym nasz opatentowany nanokatalizator Pd/Cu – tłumaczy naukowiec.
Nanokatalizator Pd/Cu ma postać proszku i otrzymywany jest metodą transferową w wyniku naniesienia nanopalladu na nośnik w postaci miedzi elektrolitycznej o odpowiedniej wielkości ziaren. Charakteryzuje się wysokimi wydajnościami prowadzonych z jego użyciem reakcji sprzęgania oraz stosunkowo niskim kosztem produkcji ze względu na dostępność użytych materiałów i niewielką zawartość metalu szlachetnego, jakim jest pallad. Może być również wielokrotnie wykorzystywany do przeprowadzania reakcji.
Związki chemiczne zawierające w swojej strukturze wiązania potrójne, a powstające między innymi w wyniku sprzęgania Sonogashiry są obecnie przedmiotem wielu badań. Ostatnie 8 lat przynosiło rocznie kilkanaście tysięcy artykułów w czasopismach naukowych. Znanych jest pół miliona takich związków, przy czym sto tysięcy było obiektem badań ich aktywności biologicznej. – Takie związki wykazują na przykład działanie przeciwnowotworowe, przeciwgrzybiczne czy przeciwbakteryjne. Mogą być również wykorzystywane w diagnostyce do badań histopatologicznych, w związku z czym są ciekawym obiektem dla branży farmaceutycznej. – mówi dr Piotr Bartczak. Jak dodaje, zwykle podczas przeprowadzania takich reakcji w produkcie występowała jednak zbyt duża ilość pierwiastków toksycznych, w tym przypadku miedzi. Okazało się, że przy zastosowaniu opracowanego przez naukowców z Uniwersytetu Śląskiego nanokatalizatora w łatwy i tani sposób można usunąć pozostałości pierwiastka, dzięki czemu otrzymany produkt jest czystszy.
– Nie tworzymy zatem nowych reakcji, lecz dzięki zastosowaniu opatentowanego produktu, jakim jest nanokatalizator Pd/Cu, znane reakcje możemy prowadzić w sposób bardziej wydajny, generując mniejsze ilości zanieczyszczeń. Zaproponowane przez nasz zespół rozwiązanie z pewnością zainteresuje wszystkich naukowców, którzy w swoich badaniach stosują reakcję sprzęgania Sonogashiry lub poszukują nowych związków chemicznych posiadających w swojej strukturze wiązania potrójne – komentuje chemik z Uniwersytetu Śląskiego.
Autorami wynalazku są: dr Piotr Bartczak, prodziekan Wydziału Matematyki, Fizyki i Chemii ds. kierunku matematyka prof. zw. dr hab. inż. Jarosław Polański, dr inż. Mateusz Korzec oraz dr Maciej Kapkowski.
Małgorzata Kłoskowicz | Sekcja Prasowa UŚ
