Az üstökösök molekulái

Milyen színűek a bolygók?

A modern kémia sikertörténete

A hacsimodzsi DNS

Légből kapott flogiszton és éter

Üzenet az inkák szent völgyéből

Süngomba

A vanília kémiája tartalomjegyzék

Kedves Olvasónk!

2019-es esztendőt, a „periódusos rendszer évét”, át- meg átszőtte Mengyelejev - az egész kémiát meghatározó – táblázatának az ünneplése. Az

Egyesült Nemzetek Szervezete (ENSZ) Közgyűlési határozattal nyilvánította Az üstökösök molekulái

bolygók? -A hivatalos elnevezéssel - az Elemek periódusos rendszerének nemzetközi évévé milyen színűek A 2019-et, annak emlékére, hogy Dmitrij Ivanovics Mengyelejev (1834-1907) orosz A modern kémiA sikertörténete kémikus 150 évvel korában, vagyis 1869-ben publikálta első közleményeit az elemek A hAcsimodzsi dns rendszerezésének modern leírásával. Maga Mengyelejev egyébként az orosz naptár légből kApott flogiszton és éter szerinti 1869. február 17-ét tartotta számon a periódusos rendszer születésnapjaként, üzenet Az inkák szent völgyéből mert akkor vetette papírra elméletét. süngombA Az ENSZ által kijelölt tematikus év nyitó eseményének Párizs adott otthont 2019 A vAníliA kémiájA januárjának a végén, amikor az UNESCO palotájában a Nobel-díjas Bernard L. Feringa előadása mellett különleges, élménygazdag kiállítás is nyílt a periódusos rendszerről. Természetesen Mengyelejev tudományos értelemben vett első számú otthona, Szentpétervár sem maradhatott ki az ünneplésből, az orosz város adott ott- hont ugyanis a periódusos rendszerről szóló nemzetközi konferenciának. A laikus érdeklődők számára e konferencia előadói közül talán Peter Atkins, az Oxfordi egye- tem kémiaprofesszorának a neve lehetett a leginkább ismerős, ő ugyanis számos, a nagyközönségnek írt vegyészeti ismeretterjesztő könyv (például: A periódusos biro- dalom) szerzőjeként ismert. A periódusos rendszer éve nemzetközi záró rendezvé- nyének pedig Tokió adott otthont, újabb látványos tudománytörténeti kiállítással. Magyarország is sok, a periódusos rendszerhez kapcsolódó rendezvénynek adott otthont 2019-ben. Elsőként a Periódusos rendszer extrákkal című, diákoknak szóló előadás került sorra február 26-án a Magyar Tudományos Akadémia Székházának Dísztermében. A nagy sikerű előadást a diákok „visszatapsolták”, vagyis a nagy érdeklődésre való tekintettel a tervezett egy helyett kétszer tartották meg a zsúfolásig megtelt teremben. De kiemelkedett még az éves programok közül a Magyar Tudományos Akadémia Kémiai Osztálya által május 8-án, az MTA Székházában megtartott 150 éves, örökifjú periódusos rendszer című rendezvény is. Az országszer- te nagy számban rendezett szakmai és tudománynépszerűsítő események sorát dec- ember 11-én a Magyar Tudományos Akadémia Debreceni Akadémiai Bizottsága által szervezett „A periódusos rendszer kémiai, tudománytörténeti és filozófiai jelentősé- ge” című előadása zárta. A nemzetközi tematikus év 365 napon át próbálta ráirányítani a figyelmet arra, amire a Kémiai Panoráma egy évtizede, összesen immár 22 lapszámával: a kémia tudományának a szépségére és emberközeli voltára.

A Szerkesztőség

A szerkesztőség köszönetet mond az MTA Természettudományi Kutatóközpontnak, az MTA Folyóirat-pályázatának, továbbá az MTA Kémiai Osztályának a támogatásáért. A Kémiai Panoráma magazin az ÚMFT TÁMOP 4.2.3 KMR/1/2008-0006 pályázat keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap és az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával (3-6. számok), továbbá az MTA Kémiai Osztálya (4-6. számok) és a Servier Gyógyszerkutató Intézet (5-6. szám) támogatásával valósult meg.

2 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma tartalomjegyzék

4-7 12-15

Az üstökösök molekulái A modern kémia sikertörténete Pálinkás Gábor - A C18 ciklokarbon nanoszintézise London Gábor, Majzik Zsolt, Nemes László:

8-11 Milyen színűek a bolygók? Bella József

16-18

Megduplázódott a DNS kódoló 23-25 kapacitása - A hacsimodzsi DNS 19-22 Pálinkás Gábor Légből kapott Üzenet az inkák szent flogiszton és éter völgyéből Maksay Gábor Simonyi Miklós

26-29 32-33 Vanília ÉLETTANI JELENTŐSÉGŰ Simonyi Miklós HatóaNYAGOK Szerkesztőségi írás

30-31 gYógyító molekulák 34-37 gombákban Kőszegi Lídia Hírek innen-onnan

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 3 az üstökösök molekulái Az Ősnap vegyület-üzenetei

Az üstökösök a naprendszerünk legprimitívebb objektumai. Mintákat hordoznak olyan anyagokból, amelyekből a naprendszer kialakult. Szerves vegyület-komponenseik a csillagközi közegből származnak, amelyből a protoszoláris köd -- az „Ősnap” -- végül kialakult.

Naptól mért égi távolságokat csil- származnak. Keringési idejük néhányszor nid jelenléte az üstökö- lagászati egységben (CsE) mérik, tíz évtől több ezer évig is terjedhet. Ezek a sökben különös jelen- aminek egysége a Nap – Főld Nap körül elnyújtott pályán keringő, tőséggel bír, mivel a A néhány kilométertől néhány 10 kilométe- szén-nitrogén kötés távolsággal egyezik meg. Az üstökösök (1. rig terjedő méretű, jégből, porból, kis fontos szerepet játszik ábra) a Neptunusz pályáján kívül találha- szikladarabokból lazán összekapcsolódó az abiotikus aminosav tó kisbolygó övből (Kuiper öv, 50 – 100 égitestek, melyek napközelben felmele- szintézisben. CsE), vagy a Naptól nagyobb távolságú gedve anyagot vesztenek. A magjukból Oort felhőből (50 000 – 200 000 CsE) kiáramló gázokból kómát (az üstökös lég- Az üstökösök anyag- köre) és csóvát képeznek. A csóva a magot vizsgálatának másik körülvevő kómából alakul ki a Napból lehetősége az, hogy kiáramló elektromosan töltött részecskék űrszondával pormintát vesznek az üstökös (napszél) hatására. környezetéből, vagy az üstökösön landol- Az üstökösök anyagi összetételének va annak felületéről és azt visszajuttatva a vizsgálatára több módszer is rendelkezés- Földre laboratóriumban analizálják. Ez re áll. Legrégebbi az üstökösök környeze- először 2006-ban sikerült a NASA tének és csóváinak spektrális vizsgálata, távcsövekkel a Földről (2. ábra) vagy az űrből. Az üstökösök kómájában rádió-, infravörös- és kisebb mértékben ultraibo- Az asztrobiológusok lya színképük alapján, izotópok, moleku- már régóta kutatják láris ionok, atomok és gyökök mellett több tucat molekulát is azonosítottak a prebiotikus molekulák, (lásd 1. táblázatot). például az aminosavak A HCN, CH OH, H CO, CO, HNC, 3 2 és a cukrok eredetét. CH3CN, H2S és CS molekulákat több mint 10 üstökösnél is megfigyelték. A metil-cia-

4 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma az üstökösök molekulái

Stardust űrszondája segítségével: a Wild- Gerasimenko üstökösön (3. ábra). A csil- mint az látható az 1. táblázatban. Mások,

2 üstökös kómájából vett pormintákat lagászok szerint az üstökös a távoli Oort mint a CH3CHO, HCONH2, CH2(OH) földi laboratóriumban vizsgálva kimutat- felhő üstökös családjából származik, CH2(OH), CH3NH2, és C2H5NH2, csak ták metil-amin, etil-amin és a legegysze- azonban a Jupiter erős gravitációs vonzá- néhány üstökös jellemzője. Négy vegyület: rűbb aminosav, a glicin jelenlétét. sának hatására pályája módosult. a metilizocianát, az aceton, a A harmadik módszer a helyszínen törté- Jelenleg pályájának Naptól legtávolabbi propionaldehid és az acetamid más üstö- nő mérés. 2014-ben az Európai pontja is csak alig haladja meg a Jupiter kösön nem volt megfigyelhető (4. ábra). Űrügynökség ESA Rosetta űrszondájának legnagyobb pályasugarát (4. ábra). Az összes észlelt szerves molekula kép- és különösen a szonda Philae landoló A Rosetta volt az első űrszonda, amely ződhet a csillagközi molekuláris felhőkben robotjának volt egyik célja az ilyen hely- egy üstökös körül pályára állt és megfi- előforduló CO, H2O, CH4 és NH3 moleku- színi mérés elvégzése a 67P Churyumov- gyelte annak időbeli változásait, valamint lákból UV vagy kozmikus sugárzás hatásá-

az első olyan küldetés amely tudományos ra: az alkoholok és karbonilok, CO és H2O

műszereket juttatott egy üstökös felszíné- molekulákból, az aminok és nitrilek CH4

re. A landolás félig-meddig sikertelen and NH3 molekulákból. A nitrilek hidrolí- volt: a Philae csak a talajból kiszabaduló zisével amidok keletkeznek, amelyek porszemcséket és illékonyabb vegyülete- izomerizációja az izocionátok keletkezésé- ket tudta elemezni, magát a talajt nem. A hez vezet (3. táblázat). landolást követően, azonban a talaj-közeli Az üstökös molekulák komplexitása és légkörből szippantott mintákból a Philae köztük a nitrogéntartalmú molekulák tömegspektrométere 15 széntartalmú jelenléte azt sugallja, hogy a korai molekulát azonosított (2. táblázat). Naprendszer kémiai környezete jelentő- Számos molekula (HCN, CH3CN, HNCO) sen elősegítette az élet keletkezéséhez jelen van a legtöbb üstökös kómájában is, vezető molekulák szintézisét.

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 5 az üstöBeköszönőkösök mole kulái

az üstökösökön tanúsítja, hogy a naprend- szer kialakulását megelőző csillagközi felhő, gazdag volt vízben és szerves mole- kulákban. Végezetül földi laboratóriumban is modellezhető az üstökösök anyagának kémiai összetétele. Víz, metán, szén-mon- oxid, ammónia és metanol elegyét a térbe- li hőmérsékleti és nyomásviszonyok között UV-sugárzással vagy nagyenergiájú részecskékkel besugározva laboratórium- ban is előállíthatók az üstökösökben talált vegyületek. Az asztrobiológusok már rég- óta kutatják ilyen módszerrel a prebiotikus molekulák, például az amino- savak és a cukrok eredetét.

A glikolaldehid (CH2OHCHO) a cukrok sek fragmense, mint például a butándiolé Az első ilyen próbálkozás a Miller– prebiotikus keletkezésének hatékony (C4H10O2) is lehet. Urey-kísérlet volt 1952-ben (Kémiai iniciátora. A glikoaldehid és a A glicin az egyedüli aminosav, amely Panoráma, No.11), amikor a kutatók gáz- hidrogéncianid (HCN) az aminosavak és cseppfolyós víz nélkül is képződhet és halmazállapotban vizet, metánt, ammó- nukleobázisok prebiotikus szintézisének ezért valószínűleg ez az üstökösökön talál- niát, és hidrogént reagáltattak egymással. kulcsmolekulái és elvezethettek cukrok ható egyedüli aminosav, mivel a cseppfo- Elektródákon keresztül egy héten át szik- szintéziséhez is. A formamid (HCONH2) lyós vizes környezet nem valószínű ezeken rákat vezettek a gáztérbe, a korai Föld szerepet játszhatott a nukleobázisok az objektumokon. Ezért nem meglepő, idején gyakori villámlásokat modellezve. képződésében, a HCONH2 és a hogy a ROSINA adataiban nem található A mintát ezt követően elemezve azt

CH3CONH2 a nukleotidokhoz vezető más aminosav annak ellenére, hogy mete- találták, hogy a szén 10–15%-a átalakult foszforiláció katalizátorai lehettek. Az oritokban több mint 80 különböző amino- szerves vegyületté. Aminosavakat (2%), izocionátok pedig, a peptidek prebiotikus savat izoláltak. cukrokat, lipideket is találtak a szerves szintézisében játszhattak szerepet. A ROSINA tömegspektrométerének vegyületek között. Közöttük a glicin volt a A Naphoz közelítő üstökös heves gáz- és másik észlelése a foszfor (m/z = 31) jelen- leggyakoribb. A kísérletet azóta több porfelhő kibocsátásakor, az üstökös mag- léte a mintákban. A 67P megfigyeléséig alkalommal megismételték. Legújabban jának felületétől kevesebb, mint 15 km-re foszfort nem észleltek üstökösök kómájá- 2016-ban Meinert és munkatársai bebi- keringő űrszonda számos alkalommal ban. A ROSINA tömegspektrumában tisz- zonyították, hogy számos prebiotikus azonosított tömegspektrométerével glicint ta csúcs van 30,973 dalton tömegnél, ami molekula, például a ribonukleinsav fő és foszfort is. A Rosetta Rosina elnevezésű az ionizált foszfor pontos tömege. A fosz- komponense a ribóz és analóg cukorve- tömegspektrométere elektronütközéssel for kulcsfontosságú elem az összes élő gyületek is képződhetnek egyszerű vízjég, ionizálta a beérkező illékony anyagokat és szervezetben. Megtalálható az adenozin- metanol és ammónia keverékét tartalma- detektálta a megfelelő pozitív töltésű 5′-trifoszfátban, a DNS és az RNS zó mintában, ha a mintát a Naprendszer fragmenseket. A minta tömegspektrumát hélixében és a sejtmembránokban is. kialakulásának hőmérsékleti és nyomás 75, 45, 31 dalton környékén az 5. ábra Foszfortartalmú molekulákat vagy tünteti fel. Az ábra a detektoron regiszt- fragmenseiket észleltek a csillagközi tér- rált ionizált részecskék számát a tömeg/ ben is, a Wild-2 üstökös porszemcséiben töltés arányuk (m/z) függvényében adja azonban nem találtak foszfort. A foszfor meg. A Glicin (C2H5NO2), metil-amin eredetére a 67P üstökösön a kutatók még

(CH5N) és etil-amin (C2H7N) a 75, 31 és 45 nem találtak magyarázatot. A glicin, fosz- dalton tömegű. for, H2S, HCN és számos szerves molekula Az összes species elkülönül a többi jelenléte a 67P / Churyumov- anyamolekulához tartozó szomszédos Gerasimenko kómájában, támogatja azt az tömegcsúcsoktól. Például a C3H7O2-t a 75 elképzelést, hogy az üstökösök szállíthat- dalton / töltés értéknél, a propilénglikol tak az élet keletkezéséhez szükséges kulcs-

(C3H8O2), vagy annak bármely izomerének fontosságú molekulákat a korai Földre. fragmense, esetleg még nehezebb specie- Mindenesetre szerves molekulák jelenléte

6 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma az üstökösök molekulái

körülményeit szimulálva ultraibolya fén�- kutatása közelebb visz minket az élő- nyel besugározzák. szervezetek kialakulásának felderítésé- A Rosetta űrszonda 2016. szeptember hez. Mind az aszteroidák, mind az üstö- 30-án az üstökösbe csapódva befejezte kösök a Naprendszer korai szakaszában küldetését. Azonban az üstökösök kémiai lejátszódott bolygóképződésének tör- összetételének kutatása tovább folytató- melékei. Az aszteroidák és az üstökösök dik. A NASA a közeljövőben újabb szon- közötti fő különbség az összetételük és a dát tervez küldeni a 67P üstökösre. A keletkezésük módja. Az aszteroidák CAESAR megnevezésű űrszonda lényegé- fémekből és nagyobb kőzetekből, míg az ben egy csúcstechnikával ellátott robot üstökösök jégből, porból és kisebb kőze- lesz, amely mintát fog venni a felszín tekből állnak. Az üstökösök a anyagából, majd visszajuttatja a Földre, Naprendszer kialakulásának legrégebbi így teljesítve azt a feladatot, ami nem fagyott maradványai, az aszteroidák a sikerült a Rosetta Philae robotjának. A Naphoz közelebb álló szilárd testek leg- minták összetételét földi laboratóriumok korábbi kialakulásának primitív emlé- fogják elemezni. A tervezett misszió kei. Pálinkás Gábor hasonló lesz, a jelenleg folyó OSIRIS-REX misszióhoz, amelynek célja a Bennu aszte- roida vegyületeinek tanulmányozása min- Irodalom tavétellel, majd a mintáknak a Földre tör- Fred Goesmann, et al., Science 31 Jul ténő visszajuttatásával 2023-ban, amikor 2015:Vol. 349, Issue 6247, is az elemzéseket laboratóriumokban Elsila JE, et al., Meteoritics & Planetary. fogják elvégezni. Az OSIRIS-REX Science 44, 1323-133 űrszonda 2018. december 3-án kétéves Meinert, et al. Science 08 Apr 2016: Vol. utazás után érkezett meg a Bennuhoz és 352, Issue 6282 Bockelée-Morvan D, Biver N, 2017. Phil. ez év nyarán elkészítette első közeli, Trans. R. Soc. A 375: 20160252. nagyfelbontású képét az aszteroidáról. Kathrin Altwegg, et.al., Science A bolygók, aszteroidák, üstökösök Advances 27 May 2016:Vol. 2, no. 5. szervetlen és szerves vegyületeinek

környezetében jöttek létre. Igen Az élő anyag kialakulása népszerű az a feltételezés is, mely szerint a szerves molekulákat, Az élő anyag kialakulásának rejtélye Az egyik szerint az első szerves meteoritok, üstökösök, aszteroidák bolygónkon a mai napig megoldatlan. A molekulák a vízből, metánból, szállították az Univerzumból 3,5-4 kérdés megoldására több feltételezés is ammóniából és hidrogénnel töltött korai milliárd évvel ezelőtt a Föld felszínére. született, amelyek mindegyike légkörből keletkeztek villámlások (Tény az, hogy színképük alapján a rendelkezik valamilyen racionális alappal. elektromos szikráinak hatására. Több csillagászok vízmolekula és számos Az élet, egyes feltételezések szerint, millió év alatt nagyobb és összetettebb szerves molekula létezését igazolták a szerves vegyületekben gazdag molekulák képeződhettek ezekből a csillagközi térben és molekuláris közegben, az úgynevezett „ősi bolygó felszínén. A híres Miller-Urey felhőkben is. Ezt a lehetőséget egyrészt levesben” a Földön alakult ki. Mások kísérlet (1953), amely laboratóriumban alátámasztja az a tény, hogy számos szerint a Földre meteoritok, üstökösök igazolta, hogy megfelelő összetételű, Földre hulló meteorit tartalmaz szerves és aszteroidák szállították első nyomású és hőmérsékletű közegben, molekulákat. Ezek közül igen nevezetes példányait, a Naprendszer (például elektromos szikra hatására aminosavak az 1969-ben Murchisonban (Ausztrália) Mars) vagy az Univerzum távolabbi és cukrok keletkeznek, támogatta ezt a lehullt meteorit, amely számos érdekes részeiből. Egy biztos: bárhol is alakultak feltételezést. Más feltételezések szerint C, H, N, O, S tartalmú szerves ki az élőszervezetek (aminosavak, DNS, viszont a prebiotikus szerves molekulák vegyületet, köztük tucatnyi aminosavat is RNS), szintézisükhöz prebiotikus a mélytengerek alján a hidrotermális tartalmazott. Másrészt az is támogatja az anyagok, víz és nitrogén- foszfor-és kürtőkből, vagy felszíni melegvizű utóbbi feltételezést, hogy – mint kéntartalmú szerves molekulák voltak forrásokból kiáramló vulkanikus CO2, láthattuk – az elmúlt fél évszázadban szükségesek. CH4, S- és N- tartalmú gázokból, nagyon sok, az élet létrejöttéhez Ha Földön jött létre az első vasoxid ásványok katalitikus hatására szükséges szerves molekulát élőszervezet, további kérdés az, hogy keletkeztek. Ez utóbbi feltételezés azonosítottak színképük alapján a honnan származtak a létrejöttéhez szerint az első élőszervezetek is az Naprendszer kialakulásának körülményeit szükséges prebiotikus molekulák? Erre a óceánokban vagy a melegvizű források megőrző üstökösök légkörében is. kérdésre is több feltételezés született.

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 7 SzínesBeköszönő égiteste k Milyen színűek a bolygók?

naprendszer égitestjeinek színe Az elmúlt évtizedekben számos szemet gyönyörködtető igen változatos. A természetes szí- színes felvétel készült földi és űrszondás távcsövekkel a Anük (a látható színképtartomány- ban készült képek színei) a szürkétől, a naprendszer bolygóiról, holdjairól és aszteroidákról is a teljes kéken keresztül a vöröses barnáig terjed. színképtartományban, az ultraibolyától a röntgensugárzásig. Az égitestek képei hasznos információk- kal szolgálnak felületük, vagy a légkörük nak csak látható tartománya (γ=0,4-0,7 De elegendő mértékben világítja-e meg a kémiai összetételéről. A bolygók színe, a μm) "valódi", természetes színű Nap a Naprendszer határán keringő felületük vagy atmoszférájuk által elnyelt, számunkra. A részletek jobb bolygókat, holdakat is a képek illetve reflektált napfény következménye. megkülönböztetésére sokszor színezik az készítéséhez? Vajon elegendő napfény jut Meg kell jegyezni, hogy a képeket a ultraibolya, infravörös vagy mikrohullámú még a Plútóra is, a képek készítéséhez? részletek jobb megkülönböztethetősége tartományban készült, szabad szemmel A Plútó, a naprend- miatt a csillagászok sokszor színezik (fals egyébként szürkének látszó képeket. szer legtávolibb bolygója színezés). A szemünk a spektrális színek Készülnek olyan kompozit képek is, átlagosan negyvenszer különböző arányú összegéből képződő amelyekben a különböző szűrökkel távolabb van a Naptól, több száz színárnyalat megkülönbözteté- készített felvételeket úgy kombinálják mint a Föld és bár emiatt sére is képes. Színezve az árnyalatokat a össze, hogy megközelítsék azt a látványt, a napfény jóval gyengébb kép számos olyan részlete is megkülön- amelyet az emberi szem látna az objektu- intenzitású, a felszínén azonban nincs tel- böztethető, amelyet különben nem ven- mok közeléből. jesen sötét. Bár a Plútóról a Nap csak igen nénk észre. Az elektromágneses sugárzás- A naprendszer égitestjeinek elektro- fényes pontszerű csillagnak látszik (~ 400 mágneses sugárzását a felszínükről, vagy ezerszer fényesebbnek, mint a Földről a légkörükről (ha van) reflektált napfény és Vénusz), a felszínén az asztronauták nap- a hőmérsékleti sugárzásuk határozza meg. pali megvilágításban akár olvasni is tud- Az égitestre jutó napsugárzás kölcsönha- nának. Jó megközelítéssel azt mondhat- tásba kerül a légkörrel, és a felszínét alko- juk, hogy a Plutón a megvilágítás a legfé- tó anyagokkal. A kölcsönhatás következté- nyesebb napon olyan, mint derült időben ben a sugárzás egy része visszaverődik, a Földön napfelkelte előtt néhány perccel, más része elnyelődik. Az elektromágneses vagy mint a naplementét követő néhány sugárzás spektruma függ az égitest jellem- percben. zőitől és a naptól való távolságától, vagyis a hőmérsékletétől is. A reflektált fény hullámhossza az ultraibolyától a közeli infravörös hullámhosszig terjed. A Színezve az árnyalatokat hőmérsékleti sugárzásuk –hőmérsékle- a kép számos olyan tüktől függően 3-200 mikrométer hul- lámhossz tartományba esik. (A Föld infra- részlete is vörös hőmérsékleti sugárzása 3-60 µm megkülönböztethető, tartományba esik, maximuma 10 µm hul- amelyet különben nem lámhosszú). A képek készítését az égites- tekről reflektált napfény teszi lehetővé. vennénk észre.

8 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Színes égitestek

A csillagászok elnevezték ezt az időszakot A Jupiter egy gáz- A Szaturnusz is óriás „Plútó időnek”. A NASA „Pluto time” bolygó, képei jellegzetes gázbolygó, amelynek honlapján magunk is benyomást barna, vörös és fehér külső atmoszférája több- szerezhetünk a Plútó nappali megvilágítá- sávos szerkezetűek. nyire hidrogén és héli- sáról földi példákon keresztül. Külső rétege hidrogén, um. Az ammónia, A Földet átlagosan hélium, kis mennyiségű foszfin, vízgőz és a négyzetméterenként 1376 vízcseppek, jégkristályok, ammónia kris- szénhidrogének nyomai sárgásbarna watt napsugárzás éri. A tályok és nyomelemek áramló, kavargó színűek. Plútó átlagosan 40-szer felhőiből áll, amelyek akár 360 km/óra A távoli Uránusz és a távolabb van a Naptól, sebességgel mozognak. A bolygó felszínén Neptunusz kékes színű mint a Föld. Mivel a a konvekció által létrehozott erőteljes bolygók. Összetételük sugárzás intenzitása a távolság négyzeté- viharok figyelhetők meg. Ezeknek a hasonló. Mindkettő ren- vel fordítva arányos, a Plútót négyzetmé- vegyületeknek a felhői fehér, narancssár- delkezik vas és nikkel- terenként 1600-szor kevesebb napsugárzás ga, barna és vörös árnyalatúak. A sötétvö- szilikát szilárd maggal és éri (0,86 Watt/m2), mint a Földet. A Plútó rös felhőket a hidrogéngáz jelenléte okoz- víz-, ammónia- és sugara 1 137 000 m, és a napsugárzás za a gázbolygó felszínén. Ezeket azonban metánjég köpennyel. Ez 4,06x1012 m2 korongterületet világít meg, elhomályosítják a Nap ultraibolya sugár- megkülönbözteti őket a ezért a törpebolygót érő összes napenergia zásának hatására fehérszínű ammónia fel- nagy gázóriás Jupitertől 3,55 terrawatt (3,55 1012 W). A Plútó hők, amelyek közelebb vannak a légkör és Szaturnusztól. albedója 0,49, így a rá eső napfénynek felső széléhez, és lefedik az egész bolygót. Légkörüket azonban a átlagosan, mintegy felét reflektálja, azaz A mélyebb vörös felhőkkel kombinálva ez gázóriásokhoz hasonlóan hidrogén és 1,74 terawatt energiát tükröz vissza a Nap a bolygó halvány aranyszínű, a természe- hélium alkotja ammónia-, metán- és víz- felé. Mivel az égitest pályája nagy tes színű képein. A viharok anyagot, pél- jég tartalommal, továbbá nyomokban excentricitású ellipszis, (távolsága a Naptól dául foszfort, ként és szénhidrogéneket szénhidrogénekkel is. Kék, akvamarin szí- 29,6 és 49,3 Nap-Föld távolság között szállítanak a bolygó belsejéből a felhők nezetüket légkörük metántartalma okoz- változik) a megvilágítás és a reflexió tetejére, fehér, barna és vörös foltokat za. A metán elnyeli a vörös fényt az atmo- értékei is ennek megfelelően változnak. hozva létre a felszínén. szféra felső részén, ezért látjuk a bolygó- A Merkúr felülete Érdekes jelenség a bolygó nagy vöröses- kat kékes színezetűnek. Mivel a szürke, kráteres. Nagyon sárga foltja. Évtizedekkel ezelőtt a légköri Neptunusz atmoszférájában több a metán hasonló a Hold felszíné- kémikusok úgy vélték, hogy a foltot foszfin és távolabb van a Naptól (kisebb a megvi- hez. A felületi szilikát (PH3), okozza. Később a figyelem a kénre lágítás), a Neptunusz sötétebb kék színű. kőzetek vasat, nikkelt tar- és annak színes allotropjai felé fordult. A A bolygók holdjainak színe is kémiai talmaznak. A Vénusz is Jupiter három sűrű felhőrétegének egyike összetételükről hordoz információt. kőzetbolygó, azonban az ammónium-hidroszulfidot (NH4SH) Leglátványosabb a Jupiter két holdjának igen sűrű, széndioxidot, tartalmaz, amelyet az atmoszférikus (Io és Europa), továbbá a Szaturnusz nitrogént és kéndioxidot, konvekció juttat a felszínre,melyet a holdjának, a Titánnak a képe. tartalmazó légköre miatt napfény lebont, elemi ként hozva létre. Az A képek, a Galileo (1999) és a Cassini a felülete nem látható. A amerikai Jet Propulsion Laboratory kuta- (2005) űrszondák különböző szűrökkel légkörének kénsavas fel- tói kísérleteket végeztek a folt színének készített felvételeinek kombinálásával hői erősen elnyelik a kék reprodukálására. A napfényt modellezve készített olyan kompozit képek, amelyet fényt, emiatt sárgás-fehé- ammónium-hidroszulfidot ultraibolya megközelítőleg a közelükből emberi szem res színűnek látszik ter- fénnyel sugároztak be. A kapott vegyü- is látna. mészetes színes felvétele- letek azonban világos zöldek voltak, nem A képek nem méretarányosak. Az Io, és ken. A Föld óceánjai és vörösek! Ezután a kutatók ammónia és a Europa a Föld holdjához hasonló mére- légköre erősen abszorbe- acetilén keverékével próbálkoztak. tű, szemben a Titánnal, amelynek sugara álják a vörös fényt, emiatt képe kékes (Mindkét vegyület előfordul a bolygó lég- megközelítőleg 2600 km. színű. Látszik rajta a földi zöldes színű körében). A besugárzást követően vöröses Az Io a naprendszer egyik legszínesebb vegetáció és a talajfelszín barnás felülete is. színű HxCyNz általános képlettel rendel- égitestje. Színét kénvegyületek és olvadt A Mars – felületének vasoxid tartalma kező cianidszerű molekulák keletkeztek, kőzetek okozzák. Csaknem egyharmadát miatt – természetes színes képein vöröses- amelyek spektruma jól egyezett azzal, vörös és narancssárga anyag borítja, ame- narancssárga színű. Pólusai környékén jól amit a Jupiter mellett elhaladó Cassini lyet vörös, sárga, zöld, fehér és fekete látható a fehér széndioxid- és vízjég. űrszonda a nagy vörös foltról készített. árnyalat díszít, ezeket feltehetően a kén-

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 9 Színes égitestek

Europának kompozit képe is. A hold felü- letének fényes, fehér része főleg vízjégből áll, nagyon kevés jégmentes anyaggal. A barnás foltos területeket hidratált sók és jelenleg még ismeretlen eredetű vörös hálózatos anyag borítja. A kutatók feltéte- lezik, hogy az anyag metánból és etánból ultraibolya sugárzás hatására képződő vöröses-sárga, narancsszínű szerves mole- kulák „tholinok” (lásd később). A Titánt, a naprendszerünk második legnagyobb holdjának felületét, narancs- sárga ködös légkőr borítja. (A Jupiter holdja, a Ganymedes mindössze 2 száza- lékkal nagyobb.) Az egyetlen, sűrű légkör- rel rendelkező hold a Naprendszerben. Légköre körülbelül 95% nitrogént és 3%-ban metánt tartalmaz. Felszínén a légköri nyomás a földinek mintegy másfélszerese. A Cassini űrszonda radar felvételeinek tanúsága szerint a felszínen folyékony metán és etán tavak találhatók. Légkörének narancssárga színét egyszerű szerves molekulákból, például metánból, nitrogénből és összetett szénhidrogén részecskékből álló aeroszolok, úgynevezett tholinok okozzák. Az aeroszolok kémiai összetételét a Cassini űrszondáról a hold felszínére leszálló Huygens műszeres egy- Emiatt – hasonlóan a Föld holdjához – sége határozta meg tömegspektrométerrel. mindig ugyanazt a felületét fordítja a A Titán légkörében 1000 km-nél Szaturnusz felé. A szezonális változásokat nagyobb tengerszint feletti magasságban a Szaturnusz Nap körüli körülbelül 29,5 képződő tholinok, a szezonális változások földi év keringési ideje határozza meg. A miatt, nyáron a felső atmoszférába emel- Szaturnusz évének különböző szakaszai- kednek, ahol a Nap ultraibolya sugárzása ban különböző mennyiségű napfény éri a elbontja őket. (Kémiai Panoráma 1. szám, Titán északi és déli féltekéjét. Egy szezon 2009, „A Titán szerves kémiája”.) A valamivel több, mint 7,5 földi évig tart. Az fragmensekből, propán, etán, acetilén, utolsó nyári napforduló az északi féltekén hidrogén-cianid és még összetettebb 2017 májusában volt. molekulák képződnek. A tholinok télen a Nagyon hasonló a Plutó törpebolygó hideg sztratoszférából lesüllyednek a fel- vöröses-barna színének a forrása is. színre, majd a következő nyáron ismét fel- Plutónak is van légköre, bár nagyságren- halmozódnak a sztratoszférában. A fel- dekkel kisebb sűrűségű, mint a Titáné. Az színre leereszkedett Huygens által összetétele is hasonló, fő komponensei a készített képeken a felszín és a felette levő nitrogén és kis mennyiségben metán. A köd narancssárga színe is megfigyelhető. Plutó színeit is szénhidrogének keverékei, vegyületek és a szilikátok változatos össze- A Titán forgástengelyének dőlésszöge a reflektív tholinok alakítják ki. Legutóbb tétele okozza. Az élénkvörös lerakódások a Szaturnusz pályasíkjával 27o-t zár be, 2015-ben a New Horizons űrszonda által közelmúlt vulkáni tevékenységének nyo- megegyezve az anyabolygó forgástengelyé- készített nagyfelbontású képeket a törpe- mait és a felületváltozások helyét jelölik. nek dőlésszögével. A Hold keringési ideje bolygóról. Ezeken számos különböző Néhány izzó vulkáni láva sötétben is vilá- az anyabolygó körül 15,9 földi napig tart, árnyalatú részlet, vöröses barna régió gít. Színes a Jupiter érdekes holdjának, a ugyanannyi ideig, mint a forgási ideje. figyelhető meg. A nagyobb molekulájú

10 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Színes égitestek

maz.Bár a köd részecskéi valószínűleg szürkék vagy vöröses-barna színűek, a kék fény szóródásának oka hasonló, mint a Földön. A légkör kék színe a Rayleigh szó- rásnak nevezett fényszórás eredménye, amely kis részecskéktől származik. A Napról érkező kevert fény a légkör kis részecskéin szóródik. A légkört alkotó

gázok (N2, CH4) mérete 2 nm körüli, az ilyen méretű molekulákon szóródó fény ibolyaszínű kellene, hogy legyen. Mivel kék színű, a légkörben nagyobb méretű molekuláris részecskéknek is elő kell for- dulniuk, hogy a nagyobb hullámhosszú kék fény szóródjon intenzíven. A Cassini űrszonda a Plutó holdja, a Charon (sugara 660 km) mellett szénhidrogének, a tholinok –amelyek még elhaladva is készített felvételeket. Ezekből táló közeg kémiai tulajdonságairól. A kis koncentrációban is sárga, sötétvöröses kiderült, hogy a kis hold északi pólusa is különböző anyagok, vegyületek reflexiós és barna színűek – a törpebolygó esetében barnás-vöröses tholinokkal van borítva. tulajdonságait analizálva laboratórium- is a légkör nitrogén és metán molekulái- A kutatók feltételezik, hogy a Plútó ban, azonosíthatók a bolygók, holdak lég- ból képződnek nagy energiájú sugárzás atmoszférájából szivárgó gázok csapdába körében vagy felszínén előforduló anya- (napfény, kozmikus sugárzás) hatására, esnek a Charonon, és annak felszínén ala- gok. Az alábbi ábrán az óriásbolygók amelyek aztán a szezonális változások kulnak tholinokká, amikor a pólus a nap reflektancia spektrumainak finomszerke- miatt lesüllyednek a felszínre. A Plutó felé fordul. zete tükrözi a bolygók légköre összetételé- (sugara 1190 km) nagy excentricitású A reflektált napfény azonban nem csak nek nagymértékű hasonlóságát. A spekt- pályája és forgástengelyének nagy dőlés- képek készítését teszi lehetővé. A rum rövidhullámú része ugyanakkor meg- szöge okozza a szezonális változásokat. reflektancia spektrális tulajdonságainak különbözteti a gázbolygókat a jégbolygók- Érdekes felvételt készített a New vizsgálata, a reflektancia spektroszkópia, tól. Horizons a Plutó éjszakai oldaláról is. hasznos eszköz az égitestek légköre és Bella József Ezen jól látszik, a törpebolygó mögül felülete molekuláris összetételének felde- érkező napfény szóródása a ritka, ködös rítésében. légkörén, kék színű gyűrűt képezve. A lég- A reflexió mértéke, az ún. reflexiós Olvasnivalók kör kék színéből is, arra lehet következtet- koefficiens vagy felületi albedó függ a https://solarsystem.nasa.gov/ ni, hogy a légkör nitrogén és metán mole- felület fizikai és kémiai adottságaitól (pl. news/13141/cassini-top-images-2017/ kulái mellett, nagyobb méretű molekulá- színétől és összetételétől). Az anyagok ris részecskéket, szennyezéseket is tartal- különbözőképpen reflektálják, nyelik el a https://photojournal.jpl.nasa.gov/mission/ sugárzást különböző hullám- Galileo hossz-tartományokban. Az https://www.nasa.gov/mission_pages/ objektumok spektrális jellem- newhorizons/images/index.html zésére a reflektancia (visszave- rési) értéket használják. A https://www.nasa.gov/nh/nh-finds-blue- reflektancia megadja az adott skies-and-water-ice-on-pluto felszínre belépő és arról vissza- https://courses.lumenlearning.com/suny- vert energia hányadosát a astronomy/chapter/atmospheres-of-the- beeső fény hullámhosszának giant-planets/ függvényében. A reflektancia átlagos értékét az égitest Nemes László, A Titán kémiája, albedójának nevezzük. A Kémiai Panoráma No1, 2009 reflektancia spektrális tulaj- Pálinkás Gábor, Az Univerzum donságainak tanulmányozása Laboratóriumai, szolgál információkkal a reflek- Kémiai Panoráma No11, 2014

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 11 modern kémia sikertörténete

A C18 ciklokarbon nanoszintézise A szén a természetben többféle molekuláris formában, úgynevezett allotróp formákban található. A gyémánt, a grafit és az amorf szén, illetőleg ennek különböző előfordulásai közismertek. A fullerének 1985 évi felfedezése óta (Harold W. Kroto, Robert F. Curl Jr. és Richard E. Smalley, kémiai Nobel- dij 1996, Kémiai Panoráma 8. szám) sikerült előállítani szén nanocsöveket (Sumio Ijima és Toshinari Ichihashi, 1993) és grafént (Konstantin Novoselov és Andre Geim, fizikai Nobel-dij 2010).

z alábbi ábrák mutatják be a C60 megjósolták, hogy a 4n+2 szénatomot tar- fullerént (1a), különböző talmazó gyűrűs molekulák stabilabbak, kiralitású nanocső részletek mint az ugyanennyi szénatomot tartalma- számitógépesA szimulációját (1b) és egy zó lineáris láncok, amennyiben a szénato- grafénrészletet (1c). Ezeknek az előállítása mok száma 10-nél több. nem a szokványos kémiai szintetikus Richard E. Smalley és csoportja 1988- módszerekkel történt, ilyen szintézist ban kimutatták hosszú lineáris szénláncú mind a mai napig nem sikerült és gyűrűalakú szénmolekulák anionjainak megvalósitani. A C60 előállitása lézerrel jelenlétét lézerablációs úton keltett mole- 2. ábra. A C18 gyűrű-molekula szerkeze- keltett szénplazmából, illetve kula-nyalábokban ultraibolya ti izomerjei makroszkópikus formában ívplazmából fotoelektron-spektroszkópia segitségével. történik (Wolfgang Kraetchmer és Donald Méréseik igazolták Roald Hoffmann szá- nek, akik a C18 előállítását kísérelték meg, R. Huffman, 1990), a szén nanocsöveket mításait. Míg a 2-9 szénatomos rendsze- annak jósolt stabilitása és a jól tervezhető szintén ívplazmából állítják elő, mig a reket lineáris szerkezetűnek találták, szintézise alapján. Fontos, fundamentális graféneket grafitfelületről történő lehá- addig a 10-29 szénatomos molekulákat kérdésként merült fel a C18 molekula mozással, kémiai gőzfázisú lecsapással gyűrűs szerkezetűnek. kötésrendszerének természete. A C18 vagy grafénoxidok termikus redukciójával A szerves kémiai szintézis fejlődésével molekula elképzelhető egyrészt egy készítik. felvetődött a tisztán szénatomokból álló poliacetilén típusú elrendezésben, amely- Már jóval a fullerének felfedezése előtt, molekulák (Cn) előállítása ismert szerke- ben C-C egyes és C C hármas kötések 1959-ben elméleti módszerekkel Kenneth zetű kiindulási anyagokból, funkciós cso- váltakoznak, másrészt egy kumulén típusú S. Pitzer és Enrico Clementi megjósolták port átalakításokon keresztül. A szintézis elrendezésben, ahol a szénatomok C=C hosszú lineáris láncú és gyűrű alakú szén- ugyanis lehetővé teszi az egyes molekulák kettős kötésekkel kapcsolódnak egymás- molekulák létezését széngőzökben. tiszta formában történő előállítását, vala- hoz a molekulában (2. ábra) . Ezen túlme- Gyűrűs szerkezetek esetén a 4n+2 szén- mint kötésrendszerük és tulajdonságaik nően felvetődött a C18 aromás jellegének atomot tartalmazó rendszereket becsülték jellemzését. Az első szintetikus próbálko- kérdése is ami további stabilizációt adhat stabilabbnak. Később Roald Hoffmann zások Cn típusú molekulák előállítására a gyűrűnek. számításai ezt megerősítették, továbbá Diederich és munkatársai nevéhez fűződ- A szintetikus megközelítés kiinduló-

pontja a C18 olyan molekulákból való elő- 1. ábra. Szén nanoszerkezetek, szén allotrópok állítása volt, amelyekben a C C hármas a: C60, b: nanocső formák, c: egy grafén lapka kötések egy része védett, C=C kettős kötésként „maszkírozva” jelent meg. Az ilyen módon stabilizált molekulákból a védőcsoportok eltávolításával állhat elő a kívánt termék. Ennek megfelelően vizs-

gálták a C18 egy maszkírozott származékát (3. ábra 1), amely magas hőmérsékleten

12 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma modern kémia sikertörténete

Regensburgi Egyetemen kifejlesztett qPlus mikroszkópban az alagút áram és az atomerő párhuzamosan rögzíthető a kép- alkotás során. A qPlus készüléket feltaláló Franz Giessibl (https://doi. org/10.1088/0957-4484/15/2/017) a kar- órákban is megtalálható kvarckristály- oszcillátor egyik szárára egy fém tűt erősí- tett, a másik szárat pedig egy kerámia lap- hoz rögzítette (lásd 4. ábra). Az atomerő 3.ábra. A C18 molekula előállításának első szintetikus megközelítése. hatására az oszcillátor rezonancia frek- venciája eltolódik és a frekvencia-eltoló- várhatóan C18-ra és antracénre bomlik el. a mikroszkópiás módszerek fejlődése dást rögzítik a kép alkotás folyamán. Valóban, a megfelelő hőmérsékletre heví- vezetett. Molekuláris kémiai vizsgálatokhoz általá- tett C18 prekurzor (1) bomlástermékei Az IBM svájci laboratóriumában kifej- ban CO molekulával funkcionalizált tűhe- között tömegspektrometriás módszerek- lesztett pásztázó tűszondás mikroszkópia kel detektálható volt a szabad C18. (SPM: Scanning probe microscopy) révén Melléktermékként antracént és részlege- valóra vált a felületek atomi léptékű sen bomlott kiindulási anyagot (egy, illet- leképzése és atomi léptékű átalakítása, A szerves kémiai szintézis ve két antracén védőcsoportot tartalmazó manipulálása. A mikroszkóp lelke a W prekurzort) találtak. vagy Pt-Ir tű, amelyet az IBM kutatói fejlődésével felvetődött a Ez az eljárás ugyan sikeresnek volt fókuszált ionsugárral hegyeznek ki. A tisztán szénatomokból álló mondható, hiszen stabil prekurzorából pásztázó tűszondás mikroszkópban a kép- molekulák (Cn) előállítása kiindulva előállították és detektálták a C18- alkotás során a tű követi a felület morfo- at, azonban a molekula szerkezetével kap- lógiáját és a számítógép folyamatosan ismert szerkezetű csolatos kérdéseket nyitva hagyta. Ezt rögzíti a tű mozgását. A szonda két fizikai kiindulási anyagokból, követően további vizsgálatok történtek a jelenség felhasználásával érzékeli a felület funkciós csoport C18 szintetikus előállítására, azonban egyik közelségét: a) a tű hegyén lévő atomok és sem volt konkluzív a szerkezetet illetően. a felület atomjai közözött fellépő erőhatá- átalakításokon keresztül. A molekulaszerkezet körüli bizonytalansá- sok által (atomerő), b) a kettő között fellé- got tovább fokozták a korábbinál maga- pő úgynevezett alagúteffektus és az ehhez sabb szintű számítások, amelyek egymás- kapcsolódó alagútáram szabályozása gyet alkalmaznak. A nak ellentmondó eredményeket adtak a révén. tűhegyre fiziszorbeált, inert CO az atomi poliacetilén illetve a kumulén szerkezet Kaiser és munkatársai a C18 előállításá- hegyességet biztosítja a mérésekhez. A stabilitását illetően. A C18 szerkezetével hoz és leképezéséhez az un. qPlus mikro- tűhegyet képező oxigén atom a lehető leg- kapcsolatos ismereteinkben az áttöréshez szkópos technológiát alkalmazták. A jobb laterális felbontást biztosítja. Továbbá a CO meggátolja, hogy a fém tű kölcsönhatásba lépjen a vizsgált moleku- lával és „magával ragadja” azt a felületről. A Gross által vezetett rüschlikoni IBM csoportban kimutatták, hogy az alagút effektust felhasználva a szerves vegyületek térbeli szerkezete megváltoztatható. Gross csapata a felületre felvitt molekulák egyes részleteit leválasztotta a tű és a felület (minta) közötti feszültség megemelésével. Ezt a módszert már többször alkalmazták gyengén kötött hidrogén és halogén ato- mok leválasztására és reaktív molekulák előállítására 4. ábra. A qPlus szenzor: (a) Átlátszó kvarcóra (b) a referencia órajelet (ütemet) (https://doi.org/10.1038/s41570-016-0005). adó kvarckristály-oszcillátor (c) kerámia lapra szerelt qPlus szenzor. Az 5. ábrán látható az atomi manipuláció

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 13 modern kémia sikertörténete

5. ábra manipuláció termékét újra CO molekulá- val funkcionalizált tűheggyel karakterizál- jak. Szükség esetén a felületi átalakítás újra megismételhető, a kívánt végtermék eléréséig. Anderson és munkatársai vizsgálataik- hoz a korábban már Diederich által java-

solt stabil C24O6 molekulát választották, ugyanis ebből a kiindulási anyagból egy- mást követő CO vesztésekkel előállhat a

C18. A vesztések előidézéséhez a tűt a

C24O6 prekurztól néhány nm távolságra pozícionálták és a réz mintára kapcsolt feszültséget pár másodpercre 3 V-ra emel- ték a felület leképezéséhez tipikusan hasz- nált 0.2 V értékről. Kaiser atomi erő mikroszkópos felvéte- lek alapján megállapította, hogy a NaCl

felületen a C18 poliacetilén formában jele- nik meg. A felvételeken a hármas kötések fényesebben jelennek meg a szén atomok közötti megnövekedett elektron sűrűség

miatt, mint az egyszeres kötések. A D18h során tipikusan alkalmazott protokoll. A angström távolságra megközelíteni. A szimmetriájú kumulén szerkezet esetében felületi szintézis stabil prekurzorát két felületi manipulációt megelőzően a CO mindegyik szén-szén kötés azonos inten- atomi réteg NaCl-dal bevont Cu (111) felü- molekulát visszahelyezik a felületre. Majd zitással jelenne meg a nagy felbontású letre párologtatják. Ugyanis a konyhasó- a tű és a minta közé kapcsolt feszültséget képeken. val bevont felület megfelelően inert reak- fokozatosan megnövelik. A molekuláris A 6. és 7. ábrán láthatjuk a prekurzorok tív molekulák előállításához és vizsgálatá- szerkezet megváltozásakor az alagútáram és a C18 molekula pásztázó atomerő mikro- hoz. Annak ellenére, hogy a NaCl nagy til- ugrásszerűen megváltozik. Az atomi szkópos képeit. Mint már előbb megjegyez- tott sávú szigetelő, az elektronok az alagút effektus révén áthatolnak az ultravékony 6. ábra. A C18 molekula előállítása stabil prekurzorából fokozatos NaCl rétegen. NaCl felülethez a legtöbb CO-vesztéseken keresztül. A folyamat során képződő molekulák mikroszkópiásan szerves vegyület rendkívül gyengén kötő- detektálhatók. dik, ezért a molekuláris leképezést és átalakítást tipikusan 4 K hőmérsékleten végzik ultra-nagyvákuumú kamrában. Magasabb hőmérsékleteken a molekulák elmozdulhatnak a képalkotás folyamán, esetleg már a párologtatás során a felületi hibahelyekhez, diszlokációkhoz és teraszélekhez diffundálnak. A párologtatást követően a prekurzorról nagyfelbontású képet készítenek. A fen- tebb említett CO molekulával funkcionalizált tűhegy előállításához kis mennyiségű CO gázt engednek a kamrába. A CO gyengébben kötődik a felülethez, mint a tű hegyét képző alacsony koordináltságú fém atomhoz. Ezért a CO tű előállításához elegendő a tűvel a felüle- ten adszorbeált CO molekulát néhány

14 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma modern kémia sikertörténete

tük, a különböző fényességű képrészletek mutatják az elektronűrűség kontrasztjait így a molekula kémiai szerkezetét. Ezeknek a kontrasztoknak az alapján eldönthető, hogy a felületen adszorbeált C18 poliacetilén szerkezetű, de hasonló képek analízisével más szerzők kötéshosszakat is meg tudtak becsülni pl. a C60 fullerénben. A 6. és 7. ábrákon látható AFM képek kontrasztjait megérthetjük, ha figyelembe vesszük, hogy az alkalmazott mikroszkóp tűszondájának viselkedését (pl. a vizsgált molekulák atomjaitól vett távolságát, vagy 7. ábra. A C18 molekula képződésének lehetséges útvonalai CO-vesztéseken keresztül, rezgési állapotát) kétféle fizikai hatás stabil C24O6 molekulából. Az egyes állapotok mikroszkópiásan detektálhatók. alakitja ki, a van der Waals kölcsönhatási erők, amelyek vonzák a tűszondát az atomi hogy ez vajon a felülettel való kölcsön- Kémia Tanszék) ennek az ismertető mun- felületekhez és sötét képrészleteket hatások eredménye és a szabad állapotú, kának a megírásához nyújtott sokoldalú alakitanak ki, másrészt a vizsgált atomi gázfázisú C18 esetében nem a kumulén segítségéért. elektroneloszlások és a tűszonda atom szerkezet dominál-e? Noha magas szin- London Gábor, Majzik Zsolt, elektronjai között fellépő Pauli kizárási tű, konfigurációs kölcsönhatásokat tar- Nemes László effektus, ami távolítja a tűszondát a felület- talmazó elméleti számítások (pl. CCSD) től és megnövelt fényerőben jelentkezik. eredménye szerint a felületi C18 Irodalom Minél nagyobb a helyi elektronsűrűség, poliacetilén szerkezetű, összhangban az annál fényesebb az adott molekulakép- AFM kísérleti eredményekkel, az még Pitzer, K S, Clementi E: Large molecules in részlet. Gyakran használják a Pauli féle nem tisztázott, hogy a két szerkezeti izo- carbon vapor. J. Am. Chem. Soc. 1959, 81, 4477–4485. taszítási erő fogalmát, ami azonban fizikai- mer nem alakulhat-e át un. Hoffmann, R: Extended Hückel theory-V: lag nem helyes, ugyanis ilyen erőt nem automerizációs folyamatban. cumulenes, polyenes, polyacetylenes and Cn. ismerünk. DFT és CASSCF szintű számitások sze- Tetrahedron 1966, 22, 521–538. Mint fentebb említjük, a NaCl felüle- rint a poliacetilén szerkezet a potenciálfe- Yang, S, Taylor, K J, Craycraft, M J, Conceicao, J, ten található C 8 poliacetilén szerkezetű. lületen globális energia minimum, míg a Pettiette, C L, Cheshnovsky, O, ;Smalley, R E: 1 UPS of 2-30-atom carbonclusters: chains and Az azonban még nem teljesen tisztázott, kumulén szerkezet az egyes és hármas rings. Chem. Phys. Lett.1988, 144, 431–436. kötés inverziós folyamatában átmeneti Diederich, F, Rubin, Y, Knobler, C B, Whetten, R állapotnak felel meg. Az inverziós átalaku- L, Schriver, K E, Houk, K N, Li, Y: Allcarbon lást Kekulé-típusú rezgési forma közvetíti, molecules: evidence for the generation of aminek kb. 10 kcal/mol energiagátja van. cyclo[18]carbon from a stable organic precursor. Science 1989, 245, 1088–1090. Mágnesesen indukált áram számítások Kaiser, K, Scriven, L M, Schulz, F, Gawel, P, Gross, arra mutattak, hogy a poliacetilén szerke- L, Anderson, H L: An sp-hybridized molecular zet kevésbé aromás, mint a kumulén szer- carbon allotrope, cyclo[18]carbon, Science, 2019, kezet. A kétféle szerkezet adszorpciós ener- 365, 1299-1301. giája a NaCl felületen azonos, ami arra Gross, L, Mohn, F, Moll, N, Schuller, B, Criado, A, Guitian, E, Pena, D, Gourdon, A, Meyer, G: utal, hogy a poliacetilén szerkezetet sem- Bond-order discrimination by Atomic Force miféle stabilizációs energia nem favorizálja Microscopy, Science 2012, 337, 1326-1329. a kumulénes formával szemben. Baryshnikov, G, V, Valiev, R, R, Kuklin, A V, Sundholm, D, Agren, H: Cyclo[18]carbon: Insight A C18 AFM nanoszintézise arra enged következtetni, hogy a C fullerént atom- into electronic structure, aromaticity and surface 60 coupling, J. Phys .Chem. Lett. 2019,10, 6701- manipulációs módszerrel is lehetséges 6705. előállitani. Ez igen érdekes fejlemény Pavliček, N, Gross, L: Generation, Manipulation lenne, mivel a fullerének szintézise eddig and characterization of molecules by atomic lényegében csak plazmakémiai módszerek- force microscopy, Nat. Rev. Chem. 2017, 1, 0005 Giessibl, F, J: The qPlus sensor, a powerful core 8. ábra. A C18 molekula modellje és kel sikerült. for the atomic force microscope. Review of stilizált atomerő mikroszkópos (AFM) A szerzők köszönetet mondanak Dr. Scientific Instruments, 2019, 90, 011101 képe Przemyslaw Gawelnek, (Oxfordi Egyetem

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 15 A hacsimodzsi DNS Megduplázódott a DNS kódoló kapacitása Az élő szervezetekben centrális szerepet játszó nukleinsavak, a dezoxiribonukleinsav (DNS) és a ribonukleinsav (RNS), öt alapvető nukleotidból épülnek fel. A nukleinsavak három összetevőből állnak: nitrogénalapú heterociklusos bázispárokból (hidrogénkötéssel összekapcsolt purin- és pirimidinbázisok), egy dezoxiribóz (DNS) vagy ribóz (RNS) cukorból és egy foszfátcsoportból. A két nukleinsavban található nitrogénalapú bázisok: adenin (A), guanin (G), citozin (C) és timin (T) a DNS- ben, míg timin helyet uracil (U) szerepel az RNS-ben. A DNS kettős hélix szerkezete két egyszálú nukleinsavból képződik a bázisok párokba történő összekapcsolóvása útján.

DNS-ben van kódolva a szerve- szótár egy szavát kodonnak nevezzük. Egy zet teljes örökítő információja adott fehérje előállításához szükséges infor- (genom). Az RNS szerepe a DNS- mációkat tartalmazó gén nagyszámú Most egy kutatócsoport benA kódolt genetikai információ lemásolá- tripletet tartalmaz. A DNS-ben aminosava- sa (transzkripció) és fehérjék építőegysége- kat kódoló géneken (exon) kívül nagy úgy döntött, hogy inek, az aminosavaknak a szállítása, a százalékban nem-kódoló (intron) utánozzák a természetet fehérjeszintézis helyére, a riboszómákhoz. szakaszok is találhatók. A DNS-sel szem- A DNS két nukleinsav szála közül általában ben az RNS egyszálú, de a szál másodlagos és hidrogénkötéses csak az egyikről történik RNS-átírás. Ezt szerkezetet tud létrehozni önmagára teke- bázispárokat negatív (vagy antiszensz) szálnak nevez- redve és a szál különböző részeinek használnak.” zük. Az antisense szálon három bázis alkot meghatározott bázisai képeznek egy tripletet, mely meghatároz egy amino- hidrogénkötéses bázispárokat. A két nukle- savat. A tripletet, azaz az aminosav-kódoló insavban energetikai okok miatt csak meg- határozott bázispárok valósulnak meg. A Z:P). A nyolc bázist tartal- DNS-ben adenin (A) timinnel (T), és gua- mazó nukleinsavat, a japán hacsi (nyolc) nin (G) citozinnal (C) adhat bázispárt, míg és modzsi (betű) szavak alapján, a kutatók RNS-ben adenin – uracil (U) párképződés hacsimodzsi DNS-nek nevezték el. van. Nem megfelelő bázispárok létrejötte Az S:B és Z:P párok jelenléte elvben DNS replikációs és transzkripciós hibákhoz lehetővé teszi a szintetikus DNS spirál vezethet. A két természetben előforduló szerkezetének kialakítását és a kód másol- nukleinsavon (DNS és RNS) kívül léteznek hatóságát egy új DNS- vagy RNS-szálra is. más mesterséges nukleinsavak is. A kutatócsoport a másolhatóságot úgy Ez év februárjában egy NASA kutatási igazolta, hogy egy minimálisan módosított projekt kutatói, jelentős figyelmet kiváltó bakteriális fehérjét használva, a eredményét közölte a Science folyóirat: hacsimodzsi DNS-ben rögzített informáci- (Science 363, 884–887 2019). ót átmásolták egy RNS szálra. A kutatóknak sikerült két új szintetikus Az elmúlt két évtizedben a kutatók szá- purin analóg bázis P, B és két új pirimidin mos nem természetes bázispárt szinteti- analóg bázis Z, S DNS-be történt beillesz- záltak, de ezeket hidrofób kölcsönhatások tésével egy új mesterséges kettős hélix kapcsolták egymáshoz. Hidrogénkötések szerkezetű nukleinsavat előállítani. Az új nélkül azonban, a párok elcsúszhatnak szintetikus bázisok hasonlóan a DNS bázi- egymás fölé és összeomolhat a kettős spi- saihoz, hidrogénkötésekkel maguk is rált. Most a nevezett kutatócsoport úgy párokba szerveződnek a hélixen (S:B, döntött, hogy utánozzák a természetet és

16 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma A hacsimodzsi DNS

be az aminosavak a fehérjeszintézis során. Ezek után nem meglepő az az ötlet, hogy tároljunk digitális adatokat is DNS-en. A DNS-adattárolás úgy működik, hogy először a 0-ás és 1-es bináris kódokkal a DNS építőelemeit alkotó A, C, G és T nuleobázisokat kódolják. A konvertált DNS-kódot ezután szintetikus DNS-szálak szintézisére használják. A szálakat hűtve tárolva, szükség esetén dekódolhatók egy DNS-szekvenáló berendezés segítségével. A DNS-szekvencia ezután számítógépes hidrogénkötéses bázispárokat használnak. felvetik azt a kérdést is, hogy lehetséges-e, szoftver segítségével ismét bináris formá- A 8 bázisú új kettős hélix szerkezetű nuk- a földi élőszervezetek DNS molekulái tumra fordítható. A szintézishez rendelke- leinsav megerősíti azt a napjainkban elfo- helyett, a genetikai információt más mole- gadott véleményt, miszerint annak oka, kulákra alapozó élet az Univerzumban. A hogy a genetikus kódokat hordozó DNS kutatóknak még sok tennivalója van éppen az A, C, G, T bázisokból épül fel annak a kérdésnek az eldöntésére, hogy egyszerűen az, hogy ezek a bázisok álltak szolgálhatnak-e az élet alapjául más gene- rendelkezésre a természetben az élet tikai rendszerek és találhatók-e ilyen kialakulásakor. egzotikus élőszervezetek az A közlemény megjelenését élénk tudo- Univerzumban? Léteznek-e olyan mányos visszhang kísérte. Diszkusszió egzotikus élőszervezetek – akár ma még indult el az új mesterséges nukleinsav élhetetlennek tartott környezetben is – alkalmazási lehetőségeiről. Az egyik ilyen amelyeket még nem tudunk elképzelni? lehetőség a hacsimodzsi DNS adattároló- S. Hoshika et al., “Hachimoji DNA and ként történő felhasználása, hiszen ez a RNA: A genetic system with eight buil- nukleinsav a természetes nukleinsavak ding blocks,” Science, 363: 884–87, 2019. kétszeres adattárolási kapacitásával ren- delkezik. A DNS-t adathordozóként hasz- A DNS adattárolás elve náló eljárások még nagyobb lendületet A DNS adattárolásra történő felhasználá- kaphatnak, és bonyolultabb algoritmusok- sával már évtizedek óta foglalkoznak a kal, kisebb helyen még nagyobb bioinformatikusok. A kettős spirál alakú pontossággal tudnak majd információt molekulában a négy nukleobázis kódolja tárolni. (A DNS adattárolás elvét lásd az élőlények felépüléséhez szükséges alább.) genetikai információt. Három szomszédos Érdekes kérdés az is, vajon lehet-e a nukleobázis (kodon) határoz meg egy hacsimodzsi segítségével kódolni az élő aminosavat. (A kodon számítógép nyelvre szervezetekben előforduló 20 fehérjeépí- lefordítva 3 bites ábrázolás). A genetikai tő aminosavtól eltérő aminosavakból álló kódban a kodonok sorrendje határozza mesterséges fehérjéket? Az eredmények meg, hogy milyen sorrendben épüljenek

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 17 A hacsimodzsi DNS

tárolásban. A Catalog olyan előregyártott szintetikus DNS-szálakkal dolgozott, amelyek rövidebbek, mint a human DNS, de ezekből sokkal többet használt, valamint egy olyan DNS-író gépet, amely jelenleg 4 megabit / mp sebességgel ír adatokat, de legalább ezerszer gyorsabbat szeretne készíteni. A digitális adatok tárolása szintetikus DNS-ben ma még nagyméretű bonyolult berendezéseket és szoftvereket igényel. A berendezések mérete a jövőben csökkeni fog és az adattárolási sebesség növelésén zésre állnak a számítógépes nukleinsav- nukleobázis fordítását mutatja be. is számos helyen dolgoznak a világon. szintetizáló berendezések, az adatok olva- Egy másik példa a „Budapest” főnév A szekvenálási folyamat gyorsítása és sásához pedig a szekvenáló (olvasó) ASCII 8 bites digitális kódolásának lefor- olcsóbbá tétele, valamint a berendezés berendezések. dítását illusztrálja, az előbbi nukleobázis méretének csökkentése már ma is előre- Az elmúlt évtizedekben több DNS kódo- kódolás szerint. haladott állapotban van. Az új fejlesztések lási eljárást alakítottak ki, ahogy a számí- A DNS szegmenset szintetizálni kell és kémiai alapok helyett nanotechnológiai tógépes digitális kódolás esetére is hidegen tárolva később szekvenátorral jellegű méréstechnikai újításokra épülnek. (ASCII, UCS2, UCS4, stb). A kiterjesztett visszaolvasható a nukleobázis szekvencia A fejlesztések egyik ígéretes eredménye az 8 bites ASCII kódok, összesen 28=256-féle és ezt követően bináris kódra lefordítva a Oxford Nanopore cég által kifejlesztett jelet különböztetnek meg, ami tovább szöveg számítógépen ismét megjeleníthe- MINION szekvenáló berendezés, amely bővítheti az adattárolás kapacitását. tő. egy nagyobb pendrive méretű és kinézetű Ámde még így sem lehet helye benne A DNS-nek számos előnye van a ma USB csatlakozós eszköz. minden nemzet speciális betűjének, nem használatos adattárolókkal szemben. Néhány csepp mintát kell cseppenteni tartalmazzák a teljes magyar betűkészletet Nagyon kis helyen sokkal több információ az eszköz megfelelő bemenetére, majd sem. Nem csak számokat és betűket kell tárolható (molekuláris tárolás) és megfe- szekvenálja a DNS szálakat és megfelelő kódolni, számos jel, kép, hang és printer lelően tárolva több tízezer évig is leolvas- szoftver megjeleníti az eredményt a szá- karakterre van szükség a különböző típu- hatóak lesznek a tárolt adatok. Korunk mítógépen. A berendezés teszteléséhez a sú adatok digitális tárolásához. A később adattárolói közül ma már számos széles Budapesti Műszaki Egyetem kutatói is kifejlesztett UNIKOD új kódrendszer 16 körben nem olvasható, (lyukszalag, hozzájárultak. Várhatóan nem is olyan bites lett, így ezzel már 216 = 65536 jel lyukkártya, mágnesszalag, floppy). távoli jövőben hasonló méretű eszközök kódolható. Ez alkalmas bármilyen nyelv Napjaink adattárolóit (CD, DVD, elterjednek az oktatásban és magunk is karaktereinek, egyértelmű kódolására. pendrive) sem fogjuk tudni rövidesen megvásárolhatjuk és használhatjuk, Alább egy egyszerű kódolási eljárás pél- használni, mert olvasóik gyorsan elavul- például származásunk felderítésére. dája illusztrálja a DNS adattárolás elvét. nak. Mivel a DNS a földi biológia alapja, Pálinkás Gábor Az ábra az adenint, timint, guanint és ezért arra mindig szükség lesz, hogy leol- citozint rendre 00, 01, 11, 10 karakterek- vasható legyen. A DNS szintetizáló (író) nek megfeleltetve a tárolandó anyag és szekvenáló (olvasó) berendezések már (betű, szám, hang, kép, stb.) 8 bites (1 ma is igen fejlettek és tovább fognak fej- byte) (ASCII) digitális kódjainak lődni, a méretük is csökkeni fog, de hogy mit kell leolvasni, az nem fog változni. Napjainkra már jelentős eredményeket értek el a fejlesztők, könyveket, zenét, képeket, filmeket képesek tárolni DNS szálakon rögzítve. A közelmúltban egy az USA-ban működő startup „Catalog” sike- Olvasnivalók resen tárolta a Wikipedia angol nyelvű szövegének mind a 16 gigabájtnyi szöve- https://www.sciencemag.org/ gét egy laboratóriumi ampullában őrzött news/2017/03/dna-could-store-all-worlds- vékony DNS-szálon, ami demonstrálta a data-one-room szintetikus DNS potenciálját a digitális https://catalogdna.com/

18 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Légből kapott flogiszton és éter Korszakalkotó tudósok: Joseph Priestley és Lénárd Fülöp téveszméi a tudomány története több korszakalkotó kísérletet jegyez, amelyek forradalmi változásokhoz vezettek a tudomány haladásában. a legérdekesebbek közülük azok, amelyeket a kísérlet végrehajtója hagyományosan értelmezett, és egy zseniális másképp gondolkodó kellett újszerű értelmezésükhöz. a kísérletező ilyenkor gyakran méltatlanul háttérbe szorult, a siker és dicsőség pedig az újraértelmezőnek jutott.

nnek az írásnak a két főszereplője: anglikán vallással ellentétes nézetekkel. Joseph Priestley brit lelkész, termé- Hitoktatóival ő is hamar teológiai vitákba szetfilozófus,E kémikus és Lénárd Fülöp keveredett liberális alkata miatt. Az 1860- fizikus, az első magyar Nobel-díjas. as években már természetfilozófiát és tör- Ellenlábasuk pedig Antoine-Laurent ténelmet oktatott Warrington akadémiá- Lavoisier és Albert Einstein. ján, majd Leedsben presbiteriánus- Joseph Priestley (1. ábra) 1733-ban, az kongregácionista lelkész lett. Önképző alkímia korszakában született, amikor az módon egyik legnagyszerűbb kémiai égés flogiszton elmélete uralkodó dogma kísérletezővé vált, de az elektromosság és volt. Az elmélet szerint az égő testből lát- optika is érdekelte. Fő érdeklődési terüle- hatatlan, tömegmentes részecskék, te a gázok voltak (2. ábra). Sokféle gázt flogisztonok távoznak (J.J. Becher és G.E. fedezett fel, amelyeket különféle levegők- Stahl elmélete). nek nevezett: flogisztonos- (N2), nitrózus- Priestley családja református volt, az (NO), savas- (HCl), alkálikus- (ammónia), flogisztonmentes nitrózus- (N2O), fluor- 1. ábra: Joseph Priestley (https://hu. savas- (SiF4), vitriolos levegő (SO2) és 2. ábra: Priestley kísérleti eszközei wikipedia.org/wiki/Joseph_Priestley) vörös nitrózus gáz (NO2). A gázok felfede- gázok vizsgálatához (1774). zéséért 1773-ban megkapta a Royal „Experiments and Observations on Society Copley Medal-ját. Different Kinds of Air” című könyvének Priestley sörfőzde mellett lakott és illusztrációja. https://fineartamerica. 1767-ben megfigyelte, hogy az erjedő com/featured/1-joseph-priestleys- alkohol fölött képződő gáz leszáll és kiolt- chemical-apparatus-science-source. ja a faforgács izzását. Kötött (fixed) leve- html) gőnek nevezte el a CO2-t. Ő találta fel a szódavizet, nem Jedlik Ányos, aki a szik- hetetlen kísérleti eredményt. Lavoisier víz ipari méretű előállítását valósította megismételte a kísérletet és oxigénnek meg 1826-ban. Legfontosabb kísérletében nevezte el a keletkező gázt. Fokozatosan Priestley 1774-ben napsugarakat fókuszál- kidolgozta égéselméletét, cáfolta a va vörös higanyoxidot hevített zárt térben, flogisztonok létét és megalapozta a amikor olyan gáz – vélekedése szerint modern kémia tudományát. A Lavoisier- flogisztonmentes levegő – keletkezett, ami ről szóló, „a kémia TŰZkeresztsége” című az egereket 5-6-szor tovább tartotta élet- írás a Kémiai Panorámában olvasható (4. ben, mint a levegő. Párizsban szám, 4-6). Lavoisiernek elmesélte ezt a számára ért- Az 1780-as években Priestley radikali-

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 19 Légből kapott flogiszton és éter

lemzi méltatója, a természetfilozófus Eötvös Lorándnál demonstrátor volt Hőseink életét George Cover megállapítása: „Priestley a 1887-ben. Utána nem kapott asszisztensi meghatározta, hogy modern kémia atyja volt, aki soha nem állást Budapesten, Heidelbergben azon- munkásságuk ismerte el gyermekét.” ban igen. Ez meghatározta egész pályáját világnézetükhöz Az ókori görög természetfilozófusok és német kötődését. Magyar tudományos (Arisztotelész, Empedoklész) és a közép- kapcsolatait ugyan megőrizte, de a később illeszkedett. kori alkimisták négy ősi alapelemet, prin- Magyarországról felajánlott fizikai kated- cípiumot különböztettek meg: föld, víz, rákat már nem fogadta el. tűz és levegő. Platon a légkör felső, leg- Lénárd korán elköteleződött a légkör és zálódott, védelmezte az tisztább rétegét éternek nevezte, ami az elektromosság kutatása mellett. Az 1880- angol másképp gondolkodókat istenek lakhelye. Anaxagoras (†Kr.e. 428) as években hidroelektromos vizsgálatokat (Dissenters) és a francia forradalmárokat az étert a tűzzel azonosította. Érdekes, kezdett disszertációjához. Szélcsatornát is. Kezdetben csak pamfletekben támad- hogy a magyar lég szó három fogalmat is készített, amelyben ő észlelte először ták, de mikor 1791-ben, Birminghamben tartalmaz: levegő, ég, légkör. A középkor- helyesen a vízcseppek alakját. felgyújtották a házát, menekülnie kellett. ban az éter közegből a költészet szimboli- Meghatározta a töltés szeparációját meg- Ő sem lehetett próféta a saját hazájában. kus fogalmává nemesült. Láthattuk, hogy határozó tényezőket a folyadékok porlasz- Francia állampolgárságot kapott, de 1793- a XVIII. századi kísérletező alkimisták a tása során. A vízcseppek elektromos tölté- ban tovább emigrált az Egyesült tűz és levegő viszonyát, kölcsönhatását sének aerodinamikai hatásra történő szét- Államokba, ahol élvezte választott hazája vizsgálták. Jól sejtették, hogy a levegő válását később Lénárd-effektusnak nevez- és Thomas Jefferson elnök megbecsülését nem egységes: Priestley szerint flogisztont ték el. is. Pennsylvaniában hunyt el 1804-ben. tartalmaz, Lavoisier bizonyította, hogy 1892-1894 között asszisztense volt Az oxigén felfedezésének centenáriumi oxigént. A flogiszton cáfolata után, az Heinrich Hertznek, aki kimutatta az kollokviuma vezetett az Amerikai Kémiai újkorban az éter ’visszaszivárgott’ a lég- elektromos hullámokat, de mágneses tér- Társaság megalakulásához 1876-ban. körbe és a tudományba. Az újkori fizika ben nem tudta azokat eltéríteni. Legrangosabb kitüntetésüket, a Priestley éterelméletei olyan közeget, a teret kitöltő Lénárdnak a középiskolában elsajátított, Medal-t, 1922 óta adják ki. Az alkímia anyagot, mezőt feltételeznek, amely köz- jobb vákuumtechnikával sikerült eltéríte- korában gyökerezett, elvhű, protestáns vetíti az elektromágneses vagy gravitációs ni a katódsugarakat és így bizonyítani Priestley élete végéig kitartott a flogiszton erő terjedését. negatív töltésüket. A vákuumcsövön lévő fikciója mellett. Priestley ’racionális Lénárd Fülöp (3. ábra) 1862-ben szüle- apró lyukra vékony alumíniumfóliát kereszténysége’ ötvözte a tudományt és tett a magyar-német nyelvű Pozsonyban. helyezett és ezen a Lénárd-ablakon, vallást. Ellentmondásos életművét jól jel- Palló Gábor mélyrehatóan feltárta életraj- ahogy később elnevezték, kivezette a zát, tudományos eredményeit és konflik- katódsugarakat a levegőre (4. ábra). 3. ábra. Philipp Lenard (1905 körül). tusainak lélektani hatását. Itt csak olyas- Megállapította, hogy a katódsugarak mikre térünk ki, ami a jelen írás szem- elnyelése egyenesen arányos az elnyelő pontjából fontosnak tűnik. A magyar anyag sűrűségével. Feltételezte, hogy a nyelvű főreáliskolában patikus(!) kémia- fólia egyes atomjai között szabad térnek tanára és kísérletei mély benyomást tettek kell lennie, a katódsugár pedig ennél Lénárdra. Aztán megszállott kísérletező kisebb negatív töltésű részecskékből, fizikus lett: fizikatanárával, Klatt Virgillel elektromos kvantumokból áll. Dynamid két cikket is írtak a foszforeszcenciáról. Ez elmélete szerint (1903) az atom belsejé- a jelenség mai tudásunk szerint olyan nek is csak kis része átjárhatatlan. Ezek a fotolumineszcencia, amelyben a foszfo- részek neutrálisak, pozitív és negatív reszkáló anyag az elnyelt fény fotonjait részecskék (utóbbiak későbbi nevén késleltetve sugározza ki. (Lásd még elektronok) kötött rendszerei, amelyek- Pálinkás Gábor „Világító Molekulák” című nek intenzív erőtere van. Dynamidoknak cikkét: Kémiai Panoráma 21. szám, nevezte őket (5. ábra). Ez az atommodell 10-14). Fizikatanárával, Klattal szikrain- és elmélet volt a Rutherford-féle atom- duktort is készített. Ezzel állított elő nagy- modell alapja és ez vezette J.J. feszültségű váltóáramot és elektromágne- Thompsont 1897-ben a tömeg/töltés ses teret, még később, katódsugár kutatá- arány meghatározásához és az elektron sai során is. Budapesten fizikát és kémiát felfedezéséhez. Ez az arány a modern tanult, Than Mór előadásait hallgatta. tömegspektrometria alapjául szolgál.

20 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Légből kapott flogiszton és éter

hf = Ekilépési + Emozgási ahol az egyenes meredekségét az addig mellőzött Planck konstans, h adja, az f

változó pedig a fény frekvenciája. Ekilépési a fémre jellemző állandó, a kilépési munka

(a küszöbszint), Emozgási pedig a fotoelektron mozgási energiája. Közleménye 1905-ben jelent meg, éppen amikor Lénárd fizikai Nobel-díjat kapott. Lénárdot bosszantotta, hogy Einstein az étert elvetette és a fizikusokat lassan meg- 4. ábra. Lénárd Fülöp katódsugárcsöve a Lénárd-ablakkal. (http://nobelprize.org/ győzte a hullám-részecske kettősségről. nobel_prizes/physics/laureates/1905/lenard-lecture.pdf) Kezdetben Lénárd és Einstein kölcsönö- sen nagyra becsülték egymást. Aztán neszkált. Később Wilhelm Conrad Einstein a fényelektromos jelenség értel- Röntgen a Lénárdtól kapott katódsugár- mezéséért kapott fizikai Nobel-díjat 1921- csővel hasonlóan fedezte fel a később róla ben. Megkaphatta volna a Braun mozgás elnevezett X-sugárzást. Lénárd és értelmezéséért vagy speciális relativitásel- Röntgen prioritási vitája ebből fakadt. Ha méletéért is, (E = mc2) is, de hogy az ő elfogadjuk az elektromosság akkori angol kísérletei újraértelmezéséért kapta, ez értelmezését, a korpuszkuláris (elektron) már sok volt Lénárdnak. Kapcsolatuk jelleget, akkor az ablakon kétféle sugárzás addigra nagyon megromlott. A német jött ki: elektronok és nagyenergiájú elekt- klasszikus kísérleti fizikusok, akik elvetet- romágneses sugárzás, amit Röntgen a cső ték a relativitáselméletet és elméleti mód- teljes felületén mutatott ki. Mindkét szereit, Lénárdot választották vezéralak- sugárzás képes kiváltani foszforeszkálást jukká. Támadásaik célpontja az addigra és fényelektromosságot, de csak a rönt- világszerte népszerű, sikeres Einstein volt gensugárzás hatol át a testen és nem lehet és ehhez még fajelméleti és revansista 5. ábra: Lénárd Fülöp dynamid atom- mágnessel eltéríteni. Lénárd mindkettőt nézeteik is társultak. A német természet- modellje (1903). Az atomok alapvető éterhullámzásnak tekintette, amit szerinte tudósok 1920-as vándorgyűlésén, Bad építőeleme a dynamid, egy negatív és Röntgen őt követően észlelt, 1895-ben. Neuheinben Lenard maró gúnnyal osto- pozitív részecske kötött rendszere. Ma már ismeretes, hogy a fényelektro- rozta Einstein ’hiper-elméleti’ fizikai mód- mos jelenség egy küszöbszintnél nagyobb szereit. Lénárd átvette a német fizikusok szem- frekvenciájú elektromágneses (pl. ultra- A fizikatörténet az 1895-1898-as éveket léletét az elektromágneses sugárzás hul- ibolya) sugárzás hatására egy anyag felszí- tartja számon a kísérleti fizika aranyévei- lámtermészetéről és az éter teóriáról. nén lévő elektronok kilökődése. Lénárd ként. Számos vezető ország akadémiája Régóta ismert, hogy a hang vákuumban előtt ezt a jelenséget alig tanulmányozták. Lénárdot és Röntgent együttesen tüntette nem terjed. Terjedéséhez közeg kell: leve- 1902-ben közölte meglepő megfigyelését, ki. Aztán a Nobel bizottság is együtt ter- gő vagy folyadék. Lénárd katódsugárcsöve hogy a keletkező (foto)elektronok energiá- jesztette elő őket az első fizikai Nobel vákuumában is észlelte a katódsugár ter- ja nem a fény erősségétől függ, ahogy a díjra 1901-ben, a Svéd Tudományos jedését, sőt, a sugár eltéríthetősége a klasszikus hullámelmélet alapján várható Akadémia mégis egyedül Röntgennek ítél- vákuumnak volt köszönhető. Ha a csőben lett volna, hanem csak a fény frekvenciá- te a díjat. Az ő nevén lett közismert foga- semmilyen ismert anyag nem maradt, a jától. A kilépő elektronok számát pedig lom a röntgenezés, Lénárd nevét pedig sugár terjedéséhez és eltérítéséhez más csak a fény erőssége befolyásolja. még hazánkban is kevesen ismerik. Henri közeg kell: feltételezése szerint éter. Sőt, Aztán egy fiatal szabadalmi hivatalnok Becquerel 1896-ban foszforeszkáló anya- ha a Lénárd-fólián anyag nem hatolhat át a fényelektromos jelenséget az éter elveté- gok vizsgálatával fedezte fel a radioaktív és ki, az csak az éter lehet, gondolta. sével magyarázta. Albert Einstein Max sugárzást. 1903-ban kapott érte fizikai Tehát a katódsugár az éter hullámzása. Planck nyomán feltételezte, hogy a fény Nobel-díjat. Lénárd Fülöp a katódsuga- Lénárd foszforeszkáló anyagot, földalkáli- piciny energiakvantumokat, fotonokat rakkal kapcsolatos munkásságáért és foszfort helyezett a Lénárd-ablak elé és ez tartalmaz. A Lénárd által megfigyelt ará- atommodelljéért kapott fizikai Nobel-díjat a kilépő sugár hatására világított, lumi- nyosság elsőfokú egyenlettel írható le: 1905-ben. Magyar állampolgárként kapta,

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 21 Légből kapott flogiszton és éter

a német állampolgárságot ugyanis később fát elültetik és gondozzák. vette fel (1907-ben). A Magyar A második világháború Tudományos Akadémia egyébként 1897- után feladta magát, de a ben választotta meg levelező, 1907-ben szövetségesek futni hagy- pedig rendes tagjává. Köszönőlevelét ták. Feledésbe hanyatlot- „hazafias üdvözlettel” zárta. tan hunyt el 1947-ben. Lénárd, azaz 1907-től a német állam- Érdemes megemlíteni, polgár Philipp Eduard Anton von Lenard, hogy az éterelmélet maga az 1920-as években dolgozta ki „német is hullámzott a XX. szá- fizikáját”, ami az anyag és éter fizikájára zadban. Különböző for- oszlik. Az utóbbihoz tartozik az optika, mákban mindmáig fel-fel- elektromosságtan és mágnesesség. bukkan. Einstein sem Világnézetté emelte az éterfizikát, amely zárta ki később az éter legközelebb visz az Anyatermészethez létezését. A fizikai Nobel- (Mutter Natur). A világegyetemet az díjas Robert B. Laughlin Őséter (Urether) tölti ki, éter kapcsolódik szerint (2005) „a vákuum minden anyagi tárgyhoz. Műve négy a világűrben modern felfo- kötetben jelent meg „Deutsche Physik” gásban relativisztikus éter. címmel és mozgalommá terjedt a harmin- Csak nem hívjuk annak, cas években. A fizika történetéről írt mert ez tabu”. könyvében már a német pragmatikus Hőseink életét meghatározta, hogy már nem tudott belépni. Priestley és kísérleti fizikusok felsőbbrendűségét is munkásságuk világnézetükhöz illeszke- Lenard világnézete és egységes kutatási hangoztatja, szembeállítva a spekulatív, dett. Lavoisier ugyan apolitikus volt, de koncepciója egyaránt egy múlófélben lévő dogmatikus elméleti fizikusokkal és mel- balszerencséjére XVI. Lajos adótisztvise- korszakba illeszkedett, ami elméjüket lőzve őket. lője, ezért a francia forradalom alatt kivé- gúzsba kötötte és téveszmékhez vezetett. Albert Einsteinről aligha lehet itt újat gezték. Mindazonáltal égéselmélete és az Mindketten a láthatatlan lég összetevői írni. A National Geographic TV csatorna első modern kémiai kézikönyv (Traité közé képzeltek egy-egy fiktív szubsztanci- Einstein életéről szóló, Genius című soro- Élementaire de Chimie) előfutára volt a át, a flogisztont és étert, amelyek létezését zata figyelemfelkeltőjeként jelent meg az kémia forradalmának. Priestley nemcsak egy következő tudományos korszak úttö- azonos című folyóiratban egy cikk: az égés elméletével, hanem gyakorlatával rői, Lavoisier és Einstein cáfolták meg. „Amikor a tudomány gonosszá (ugly) is szembesült, amikor házát felgyújtották, Maksay Gábor válik: Philipp Lenard és Albert Einstein ezért menekülnie és emigrálnia kellett. története”. A közlemény és filmsorozat Philipp Lenard az éter hullámain viharos Lenard és Einstein ellentétét történelem- politikai vizekre sodródott. Megfelelési IRODALOM formálónak állítja be. Lenard véleményé- késztetése választott nemzete ideológiai https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_ vel összhangban, Hitlerék meg voltak győ- elvárásainak és kutatási frusztrációi bizo- Priestley ződve a Deutsche Physik felsőbbrendűsé- nyára hozzájárultak a „Deutsche Physik” géről és alábecsülték a magfizikát. megalkotásához. Ha Einstein nem kap https://www.beautifulchemistry.net/ priestley Szerencsére, mert talán ezért is nem menedéket az Egyesült Államokban 1933- jutottak el az atombomba kifejlesztéséhez, ban, Hitler Németországában alighanem https://en.wikipedia.org/wiki/Philipp_ a német magfizikusok kezdeti előnye elle- rá is tragikus sors vár. Lenard nére. Joseph Priestley a késő középkorban Lénárd nem tudta feldolgozni, hogy bár gyökerezett kísérletező volt, de előkészí- Palló Gábor, Fizikai Szemle 1997/4. 116. Rockenbauer Antal, https://qubit. ragyogó kísérletei voltak, az éterhez tette Lavoisier számára a kémia forradal- hu/2018/11/23/ ragaszkodó értelmezéseit elutasították, az mát, hogy azután a kémia a XIX. század az-osztrak-magyar-nobeldijas- aki-lopassal- X-sugárzás felfedezését Röntgennek, az talán legeredményesebb természettudo- vadolta- elektronét Thomsonnak, a fényelektro- mánya lehessen. Lénárd Fülöp pedig a einsteint-es-hitt-a-nemzetiszocializmusban mosság értelmezését pedig Einsteinnek kísérleti fizika aranyéveiben, a 19. század Richard Gunderman, National tulajdonították. Mindezek következtében végén végezte kiemelkedő kísérleteit. Geographic, 2017. (https://www.iflscience. Nobel-előadásában nehezményezte, hogy Átlépett a mechanikai világképből a rövid com/physics/when-science-gets-ugly- ő nem azok közé tartozik, akik a gyümöl- életű elektromágneses világképbe, de a story-philipp-lenard-and-albert-einstein) csöt szüretelik, hanem azok közé, akik a XX. századi, modern fizikai világképbe

22 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Üzenet az Inkák Szent Völgyéből Emlékhelyek és krumpli

Lead: Nemrég egy nemzetközi repülőtér építésébe kezdtek Chinchero-ban (Peru), az ország turista központjában, az Andok csúcsai között. A 2023-ra tervezett befejezés évente 6 millió látogatónak tenne könnyű megközelítést a közeli inka emlékhelyekhez, köztük a híres Machu Picchu királyi birtokhoz. A terv nagy ellenkezést váltott ki archeológusok és történészek körében, akik szerint a nagymértékű építkezés és a megnövekvő turizmus tönkretenné éppen azokat az archelógiai és történelmi kincseket, amelyeket a turisták látni szeretnének.

A Machu Picchu képe napkeltekor Közel 200 perui és nemzetközi szakember írt alá egy levelet a perui elnöknek kérve, hogy függessze fel az építkezést és fontolja meg a repülőtér áthelyezését. A kérést több min 2000 ember támogatta egy petíció alá- írásával. Chinchero kitűnő kilátást biztosít Peru Szent Völgyére, az Inka hódítás egyik első színhelyére az 1300-as években, amikor birodalmukat fővárosuktól, Cuzco-tól kiter- jesztették. A Szent Völgy biztosította az inka uralko- dók élelmezését kukorica és krumpli ter- mesztésével, számos inka uralkodó itt épít- tette fel otthonát. Chinchero környékén virágzik az inkák alatt létrejött teraszos föld- művelés. Ezzel kapcsolatos egy másik probléma, ami a krumpli termesztését veszélyezteti. A burgonya (Solanum tuberosum) Peru és Chile hegyvidékén őshonos, ott az őslakosok már 5000 éve termesztik. A magaslati klíma (fagy és alacsony légnyomás) még a

A Mexikóban vadon termő fajták nagy mértékben ellenállnak a fertőzésnek.

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 23 Üzenet az Inkák Szent Völgyéből

háborúk okozta éhínség alatt kezdték használni. Ezután a gumók gyorsan elter- jedtek szerte a világon. Népszerűségének oka az, hogy hideg éghajlaton és gyenge talajon is megterem, néhol évente többször is. A keményítő és C-vitamin tartalmú krumpli hónapokig tárolható, tápláló, sokféleképen elkészíthető. Azonos méretű földterületen a krumpli négyszer több kalóriát biztosít a gabonáknál. A krumpli gyakori kártevője a krumplibo- gár, de legnagyobb ellensége a gomba-jellegű kórokozó, Phytophthora infestans, ami hamar elpusztítja a növény föld feletti részét. Teraszos földművelés az Andok hegyoldalain Solanum tuberosum A XIX. század közepén ez a kórokozó váltotta ki az éhínséget Írországban és a fagyasztva-szárítást is lehetővé teszi, amit kisérleti táblán, de ezek mind elpusztultak a növénynemesítők azóta is kűzdenek azért, mérsékelt égővön liofilizáló berendezések szárazság és a kártevők miatt. “A honos faj- hogy megfékezzék. A Phytophthora mindun- valósítanak meg. ták itt fejlődtek ki” mondja David Ellis, a talan megjelenik és lerontja a növény ellenál- génbank igazgatója, “de a klíma túl gyorsan lóképességét. Azonban az utóbbi években a krumpli ter- változik ahhoz, hogy adaptálódni tudjanak”. A génsebészeti technika eddig még nem mesztés nehézségekbe ütközött. Gyakoribbak Peruban és szerte a világon a búza és a hozott áttörést a krumpli nemesítésében, lettek a szárazságok és a fagyok, az eső késve rizs után a harmadik legfontosabb élelmiszer ezért a kutatók a vadon termő 107 krumpli- érkezik és megrövidíti a termő időszakot. A a krumpli, ami 1,3 milliárd ember élelmezé- fajtától remélnek eredményt. Az élőhelyek melegebb időjárás hatására a krumpli kárte- sét biztosítja. Európába a spanyolok hozták összeszűkülése azonban veszélyezteti a vői elárasztották a magasabban fekvő terüle- be az 1540-es években, de nem tudtak vele vadon termő fajtákat. Ezek megőrzése teket. Ezért a perui gazdák és a kutatók tesz- mit kezdeni: botanikai különlegességnek, érdekében létrehoztak egy 50millió USD telni kezdték a helyben termesztett fajtákat dísznövénynek tartották. A XVI-XVII. szá- költséggel működő programot, amit egy (több mint 4000), amelyeket a Nemzetközi zadban spanyol és portugál kereskedők alapítvány (Crop Trust) koordinál Bonnban. Burgonya Centrum (CIP) nevű génbank őriz elterjesztették Ázsiában és Afrikában is. Számos kutatást indítottak a vad krumplifaj- Limában. Elsőre 17 variánst próbáltak ki egy Emberi táplálkozásra csak a napoleoni ták felkutatására Észak- Közép- és Dél- Amerika országaiban. Az Andokban termesztett krumpli fajták A Mexikóban vadon termő fajták a Phytophthora infestans jelenlétében fejlődtek ki és nagy mértékben ellenállnak a fertőzésnek. Dél-Braziliában a brazil mezőgazdasági kutatószervezet egyik botani- kusa begyűjtött egy vad fajtát (Solanum commersonii), ami Braziliában honos. Ez a

Burgonybogár (Leptinotarsa decemlineata)

24 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Üzenet az Inkák Szent Völgyéből

táj messze esik az Andoktól, mégis a vad faj- ták elérték a Rio Grande do Sul állam terüle- tét, ahol a klíma mérsékelt és trópikus között változik. Ebben az átmeneti zónában a növé- nyek átélnek kemény teleket és forró nyara- kat is. Így feltehető, hogy az itt termő vad krumplifajták adaptálódtak a szélsőséges időjáráshoz, ami egyre több helyen fordul elő a klímaváltozás miatt. Ezek a “találatok” – a Crop Trust működésének eredményei – 2011. óta 39 vad fajta begyűjtését, konzerválását és szaporí- tását tették lehetővé (ebből 31 Peruból származik). A növényi fajták gyűjtése, azon- ban nehézségekbe ütközik egy nemzetközi egyezmény miatt (Convention on Biological Diversity), ami megtiltja a biodiverzitás tiszt- A Solanum contumazaense apró tüskéi védelmet nyújtanak a kártevők ellen ességtelen kizsákmányolását. Egy későbbi nemzetközi egyezmény (ami növényi mag- vakra vonatkozik) enyhítette a korlátozást, de a vad fajták begyűjtése változatlanul von- tatottan halad főként a hozzáértés hiánya miatt. “Nincs elég gyakorlatunk a vad krum- pli minták gyűjtésében és konzerválásában” vallja meg Cinthya Zorrilla, a genetikai állomány felügyelője a Limai Mezőgazdasági Fejlesztés Intézetében. “De nem állunk meg,” mondja. Négy olyan fajta után kutatnak, amelyek hiányoznak a krumplihajtásokat őrző génbankokból. Az ezekben tárolt fajták a világ összes nemesítőjének rendelkezésére állnak. A vad fajták felhasználása a termelt krumpli javítására nem könnyű feladat, A klímaváltozás veszélyezteti a perui krumplitermést mivel azok sok nem kivánatos tulajdonságot is átadnak, így a sikeres nemesítés esélye kicsi. Mégis némelykor sikerül: 2017-ben a CIP (Lima, Peru) 4 új nemesített fajtát kül- dött Kenyába szabadföldi kisérletekre, ahol 20%-kal kevesebb az eső és 3°C-kal magas- abb az átlaghőmérséklet. A nemesített fajták megőrízték terméshozamukat. Ez igazolta, hogy a vad fajtákkal végzett nemesítésnek van jövője. Simonyi Miklós

Olvasnivalók

1. Lizzie Wade: Science 2019. február 8, 363, 568-569. 2. Erik Stokstad: Science 2019. február 8, 363, 574-577.

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 25 Amikkel lépten-nyomon találkozunk

Élettani jelentőségű hatóanyagok

A DNS adattárolás elve

Hemoglobin Vörösvértestek A vér színét is meghatározó hemoglobin Az alacsony hemoglobinszint vérszegény- megközelítőleg 10000 atomot tartalmazó, a ségre utal. Ilyenkor a szervezet nem jut vörösvértestekben található fehérje, amely elég oxigénhez, ami gyengeséget és más az artériás vérrel szállít oxigént a tüdőből a panaszokat is okozhat. A magas hemoglo- szövetekhez, majd a vénás vérrel szén-dioxi- bin-szint a vörösvértestek túltermelődését dot juttat vissza a tüdőbe. A hemoglobin jelzi a csontvelőben, szívbetegségre, tüdő- molekulában egy heterociklusos porfirin általában a nagyvérkép része és a vér oxi- betegségre utalhat. Elégtelen folyadékbe- gyűrű négy nitrogénatomjához kötött génszállító képességének jó jellemzője. vitel miatti kiszáradás is okozhat átmene- kétvegyértékű Fe++ ion helyezkedik el. A tileg magas értéket. vas ion a polipeptid láncban lévő hisztidin A legelterjedtebb humán hemoglobin- imidazol gyűrűjének nitrogénatomjával is típus hasonló szerkezetű és közel azonos kapcsolatot létesít. Az oktaéderes szim- méretű négy, két α- és két metriájú komplexek képzésére hajlamos β-fehérjealegységet tartalmazó hemoglo- vas hatodik kötőhelye köti meg az oxigént. bin A. Az α-alegységek 141, a Szervezetünkben a hemoglobinnál bβ-alegységek 146 aminosavból épülnek nagyságrendekkel kisebb koncentrációban fel. még egy hemoprotein van, a mioglobin, A tetramer molekula tömege körülbelül amely képes molekuláris oxigént megköt- 68000 dalton. A négy globuláris ni. A két molekula hasonló szerkezetű. A polipeptid lánc mindegyike egy hem- mioglobin is polipeptid láncból és a hozzá molekulához kapcsolódik. A láncokat kovalensen kapcsolódó hem-molekulából ionos kötések, hidrogénhidak és hidrofób áll. Fontos különbség azonban a kettő kölcsönhatások kapcsolják össze. A hem- között, hogy – a hemoglobinnal ellentét-

26 21. szám, 2020. évfolyam 1. szám Kémiai panoráma Amikkel lépten-nyomon találkozunk

kulózis kórokozója ellen. Később egyéb fertőzések (például pestis) gyógyítására is bevált. Az 1944-ben felfe- dezett antibiotikum, a tuber- kulózis klinikailag is hatásos antibiotikus gyógyszere. A sugárgombák közé tartozó Streptomyces griseus nevű baktérium bioszintézisének természetes termékeként fedezték fel. élete fol�amán. Cseppfertőzés útján ter- ben – a mioglobin csak egyetlen jed, bárki megkaphatja, aki védőoltás polipeptid láncból áll. A mioglobin a A sugárgombák főleg gabonaféléken vag� g�óg�ulás útján nem szerzett kellő hemoglobinnál gyengébb oxigén-kötő élősködő mikroszkopikus gombák; az védettséget, vag� például betegség miatt fehérje, amely a szív- és a vázizmokban emberi szervezetbe jutva, hegesedő, gen�- elveszítette azt. Mag�arország koráb- található. Amikor a szív- vagy a vázizmok n�es járatokat és tál�ogokat okoznak. ban különösen veszél�eztetett volt. A XX. megsérülnek, mioglobin kerül a vérbe. A Az antibiotikumok ol�an mikroorga- század elején „morbus hungaricus”-nak sérülést követően néhány órán belül nizmusok an�agcsere termékei, mel�ek is nevezett kór ma már nag�on ritka kimutatható az emelkedett mioglobin gátolják más mikroorganizmusok (bakté- betegségek közé tartozik szint. A mioglobin másodlagos oxigénhor- riumok) növekedését, fejlődését. Vírusok Mag�arországon. Rövidesen teljesen dozóként működik az izomszövetben. Az ellen nem hatékon�ak. eltűnhet az országból. A sztreptomicin izomsejteknek működésük közben nagy 1952-ig a betegség kezelésére alkalmas mennyiségű oxigénre van szükségük. Az A Streptomyces baktériumok családját eg�edüli antibiotikum volt. Hazánkban izomsejtek ezeket a fehérjéket használják S.A.Waksman (1888 – 1973) főiskolai korábban a para-amino-szalicilsav az oxigén diffúziójának felgyorsítására és hallgatóként kezdte el tanulmányozni . (PAS) volt hozzáférhető kemoterápiás az intenzív légzés idején az oxigénfelvétel Figyelme később kutatócsoportjában for- szer. A betegség visszaszorulásában fokozására. A két hemoprotein funkciója dult a Streptomyces griseus baktérium nag� szerepet játszottak a múlt század- is eltérő. A hemoglobin a vérben szállítja felé. A sztreptomicint Waksman egyik ban meghozott egészségüg�i intézkedé- az oxigént, míg a mioglobin szállítja vagy végzős hallgatója, Albert Schatz izolálta a sek, például az oltások. Hazánkban 1954 tárolja azt az izmokban. A mioglobin egy Streptomyces. griseus-ból 1944-ben. Ezt óta minden újszülöttet beoltanak tbc monomer oxigénmolekulát köt meg, míg a követően igazolták, hogy az hatékony a ellen (BCG oltás). hemoglobin négy oxigénmolekulából álló, tuberkulózis ellen. Waksman a „sztrepto- az úgynevezett tetramert köthet meg. A micin, az első tuberkulózis elleni hatékony A SzTrepTomIcIn KémIAI hemoglobin mind az oxigént, mind a antibiotikum felfedezéséért” 1952-ben SzerKezeTe szén-dioxidot megköti és le is tudja adni, megkapta a fiziológiai és orvosi Nobel- A sztreptomicin kémiailag aminoglikozid ellentétben a mioglobinnal. díjat. antibiotikum. Három komponensből áll, Biokémia II. Biokémiai szabályozás amelyek glikozidos kötéssel (éterkötések- Szarka András (2014) A tuberkolízis (gümókór, tbc, fehér kel) kapcsolódnak egymáshoz: Typotex Kiadó pestis) az eg�ik legrégebben ismert fer-  sztreptidin (inozit két guanidin tőző betegség, mel� napjainkban is a csoporttal), https://biologydictionary.net/heme/ legtöbb halálos áldozatot követelő bak-  sztreptóz (metil-pentóz) és https://biodifferences.com/difference- térium okozta megbetegedés. Eg� ol�an N-metil-L-glükozamin), between-hemoglobin-and-myoglobin. fertőző betegség, mel�et eg� html M�cobacterium tuberculosis elnevezésű A sztreptomicin más aminoglikozid anti- baktérium okoz legg�akrabban a tüdőt biotikumokhoz (például gentamicin, Sztreptomicin megtámadva. De megtámadhatja a köz- neomicin, kanamicin, tobramicin) hason- A sztreptomicin széles spektrumú baktéri- ponti idegrendszert ag�hárt�ag�ulla- lóan úgy fejti ki hatását, hogy gátolja a umölő aminoglikozid típusú antibiotikum. dást okozva, továbbá a n�irokrendszert baktériumsejtek riboszómáinak – az ami- A Gram-pozitív és a Gram-negatív baktéri- és a vérkeringést is. A tuberkulózis nosavak összekapcsolásával fehérjéket umok ellen egyaránt aktív. Sztreptomicin világméretű probléma, az emberiség szintetizáló molekuláris gépeknek – a volt az első hatékony antibiotikum a tuber- csaknem eg�harmada fertőződik meg működését.

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 27 Amikkel lépten-nyomon találkozunk

A tbc-probléma napjainkban sem meg- oldott és kihívást jelent a kutatók számá- ra. A betegség kezelése területén folyó kutatások jelentősége a gümőkór terjedé- sének megfelelő kontroll alatt tartása. A sztreptomicin felfedezését követő több, mint fél évszázadban új vegyületekről is igazolták, hogy hatékonyak a tuberkulózis kezelésére és ezekből gyógyszerek is készültek. Ilyenek az Izoniazid, Rifampicin, Delamanid és a Bedaquilin molekulák is. Magyar kutatók jelenlegi munkájában fontos szerepet kap új típusú antituberkulotikumok keresése és ezek gazdasejtbe történő specifikus célbajuttatása peptidalapú hordozók alkalmazásával. Szász György, Gyógyszerészeti kémia Medicina 1990 BŐSZE SZILVIA Természet Világa,144. A fény által kiváltott izomerizáció. évfolyam, 7. szám, 2013 A fehér pestis

A Vitamin Az A-vitamin zsírban oldódó retinoidok, (retinol, retinal, alfa-karotin, béta-karo- tin, gamma-karotin, béta-kriptoxantin) csoportjának összefoglaló neve. A retinol egy primer alkohol, amely a csontnövekedéshez, a retina működésé- hez, az embrionális fejlődéshez, a repro- dukciós folyamatokhoz, valamint a hám normális szerkezetének fenntartásához nélkülözhetetlen vitamin. Mind az alkohol (retinol), mind az aldehid (retinál), mind pedig a sav (retinolsav vagy tretinoin) vál- A retinál ezen kívül elősegíti a kötőhár- Amint az ábrán látható, a retinol egy tozatai fontos szerepet játszanak az életta- tya membránjainak és szaruhártyájának olyan szénhidrogén molekula, amelynek ni folyamatokban. működését. Az A-vitamin másik aktív egyik végén egyetlen hidroxilcsoport van. Az A-vitamin aldehidje – a 11-cisz komponense a retinolsav, amely aktiválja Ezt a hidroxilcsoportot oxidálva aldehid retinál – fontos a látás szempontjából, a hormonok hatását közvetítő retinolsav- csoportot (retinál), vagy karboxil csopor- mivel a retina receptorokban fényt érzé- receptorokat, szteroidhormon és pajzsmi- tot (retinolsav) kapunk. A retinal és a kelő fehérje, a rodopszin, alapvető alkotó- rigy-hormonok receptorait. retinolsav a retinol biológiailag aktív for- eleme. Kémiai szempontból a retinol egy mái. Ezen különféle oxidációs állapotokon A fény érzékelését a rodopszin egyik izoprenoid. Az izoprenoidok izoprén egy- túl a retinol számos különféle izomer for- része, a 7 egységből álló, membránba ségekből felépülő vegyületek. Ilyenek az májában előfordulhat. Az ábrán bemuta- ágyazott opszin és a hozzá kapcsolódó E- és K-vitamin és a koleszterin is. tott transz-retinolból képződő transz- 11-cisz-retinál (kék színnel a háttérben jelzett molekula) indítja el: fény hatására transz-retinál képződik, ami megváltoz- tatja az opszin konformációját és láncre- akció-szerű biológiai folyamatokat indít el.

28 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Amikkel lépten-nyomon találkozunk

George Wald elnyerte az 1967-es élet- tani vagy orvostudományi Nobel-díjat a retina pigmentekkel végzett munkájáért, amelynek eredményeként megértették az A-vitamin látásban betöltött szerepét.

Az A-vitamin állati szövetekben fordul elő és az ilyen táplálékforrásokból köny- nyen felszívódik a vékonybélben. A máj az A-vitamin leggazdagabb táplálékforrása. Növényekben nem fordul elő, de sok sötétzöld vagy sötétsárga (sárgarépa) növény tartalmaz karotinoidokat, például béta-karotint, amelyek a bélben és más szövetekben retinollá alakulhatnak. A táp- lálékkal bevitt retinol gyakorlatilag telje- sen felszívódik. A β-karotin megközelítő- leg egyhatoda, az egyéb karotinoknak csu- pán az egytizede alakul át retinollá. A gyo- morból és a bélből azonnal felszívódik. Legfőbb A-vitamin források a belsőségek, a tojássárgája, a tengeri halak, a tej és tej- termékek. A vitamint a máj tárolja palmitát-észter (retinol-palmitát) formá- jában. Az A-vitamin hiánya korai szakaszában farkasvakságot okoz: szürkületben, vagy gyenge világítás esetén látászavar követ- kezik be. Ha a hiány fennmarad, akkor a retinál (az összes kettős kötés transz-kon- mek hatására (például dehidrogenáz szemek végül romlanak, és állandó vakság figurációjú) egy izomeráz enzim hatására enzim) retinol keletkezik, vagy oxidatív is bekövetkezhet. Az A-vitamin hiánya alakul 11-cisz-retinállá, amely – mint fen- enzim hatására retinolsav. növeli a fertőzések súlyosságát és szem- tebb láttuk – a látáshoz szükséges. Egy A dioxigenázok olyan enzimek, amelyek szárazságot is okozhat. másik cisz izomer a 13-cisz-retinolsav vizes környezetben két hidroxilcsoportot Mivel az A-vitamin zsírban oldódik, a (vagy izotretinoin), amelyet pattanások építenek be a szubsztrátokba. test felesleges mennyiségeket tárol, első- elleni gyógyszerként használnak. sorban a májban, ezek a szintek felhalmo- A dehidrogenáz olyan enzim, amely a zódhatnak. A túlzott mennyiségű A retinoidok szubsztrátról oxidációval hidridiont, A-vitamin bevétele fokozott nyomást, szé- bioszintézise (H−) hasít le. Az oxoreduktáz enzimek dülést, émelygést, fejfájást, bőrirritációt, β-karotinból csoportjába tartoznak. A reakcióban részt ízületek és csontok fájdalmát, kómát és Állatokban (beleértve az embereket is) a vesz az enzim mellett egy koenzim is akár halált is okozhat. retinoidok a táplálékokból nyert (elektronakceptor tulajdonságú Vitamin A karotinoidokból a bélben és a májban molekula), amely a hidridiont megköti. national institutes of Health, office of szintetizálódnak oxidációs és redukciós dietary supplements kémiai reakciók sorozata folyamán, ame- A retinoidoknak sokféle geometriai https://ods.od.nih.gov/factsheets/ lyeket oxigenáz és reduktáz enzimek kata- izomerje létezik, a polién-láncban VitaminA-HealthProfessional/ lizálnak. A bioszintézis első lépésében a található öt kettős kötés közül négy transz- isoprenoids:retinoids β-karotint egy dioxigenáz enzim hasítja a vagy cisz-konfigurációjának the lipidWeb központi kettős kötésnél, majd molekulá- eredményeként. A cisz-izomerek kevésbé https://lipidhome.co.uk/lipids/simple/ ris oxigén reagál a β-karotin 2 központi stabilak és könnyen átalakulnak az összes retinoids/index.htm szénatomjával és két molekula retinál transz-konfigurációvá. képződik. A továbbiakban reduktív enzi- Szerkesztőség

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 29 Gyógyító molekulák gombákban Süngomba A süngomba (Hericium erinaceus) Ázsiában, Észak-Amerikában és Európában őshonos ehető gomba. Az egyik leghíresebb bazidiumos gomba az ázsiai hagyományokban. Már régóta használják a hagyományos kínai orvoslásban az emésztőrendszeri betegségek, gyomorfekély kezelésére. Széles körben kapható egészségügyi táplálék kiegészítőként, különösen Kelet-Ázsiában és Európában liofilizált szilárd anyag, por és tabletta formájában.

agyarországon a süngomba meg hatóanyagainak gyógyhatásairól, típusú, azaz a gyógygombáknál az alap- védett, nem szabad gyűjteni. gyulladásgátló, antioxidáns és immunsti- lánc helyenként rövid β-1,6 elágazásokat Jellemzői: hosszú tüskéi és a muláló tulajdonságaikról. A gombából tartalmaz. A pecsétviaszgomba, a shiitake szakállszerűM megjelenése. Nincs különálló gombabor és a gombaecet is készül. gomba termőtestje és a gomba micéliuma kalapja és az idő múlásával húsos test fél- Ázsiában mesterségesen is termesztik. is tartalmazza a β-1,3 – β-1,6 típusú β- gömb alakúvá válik, és sárgás-barna színű- A gomba igen gazdag bioaktív szerves glükánt. (Kémiai panoráma No21, re változik. Elsősorban elhalt fákon él. vegyületekben. A gombák összetétele ter- Pecsétviasgomba)) 2018-ban az év gombája lett (Magyar mészetesen függ a termesztés helyétől és A gomba tartalmaz kis koncentrációban Mikológiai Társaság). attól is, hogy vadon nő-e vagy termesztik. ergoszterolt (a szterolok szteroid alkoho- Több néven is ismerik, általában min- A gyümölcstestben és micéliáiban számos lok) és inaktív B12-vitamint is. Az denhol a szokatlan alakjáról keresztelték el aromás vegyületet, az erinacineket, az ergoszterol UV fény hatására D2-vitaminná (pld. oroszlánsörény gombának, Lion’s izoindolinon származék erinacerineket és alakul. mane mushroom) is nevezik). hericerin vegyületeket, szteroidokat, alka- Gyógygomba, bár előszeretettel használják loidokat, poliszacharidokat (beta-glükán, A goMbA étkezési célra is, mert nagyon jó ízű. A sün- glükán-protein complexek) és laktonokat hAtóAnyAgAinAk gombára vonatkozó népgyógyászat által azonosítottak. gyógyhAtásA javasolt felhasználási területek igen szerte- Az erinacinek közé tartozó erinacin A, A gomba erinacin, hericerin és ágazóak. Noha a gomba egészségügyi elő- egy diterpén vázas molekula és a gombafo- poliszacharid molekulái bioaktívak. In nyei ismertek voltak, a hatóanyagaira és nálból (micélium) izolálják. Számos, a vitro kísérletekben kimutatták, hogy egy- azok hatására vonatkozó tudományos gombában található erinacin molekuláról részt az erinacinek és poliszacharidok kutatások csak az 1990-es években kezdtek kimutatták, hogy neuroprotektív hatásúak. antimikrobiális hatásúak, mind az megjelenni az irodalomban, főleg kínai A glikoproteinek olyan fehérjék, melyek- antibiotikum-rezisztens, mind a nem kutatók részéről. Számos közlemény jelent hez kovalens kötéssel szénhidrátok kap- rezisztens fogékony) patogén baktériumok csolódnak. Prokarióták, eukarióták, sőt ellen, másrészt a gyümölcstestéből és vírusok is rendelkeznek rájuk jellemző micéliumából izolált hericerin és az glikoproteinekkel. erinacin vegyületek elősegítik az érző és A laktonok gyűrűs (belső) észterek. szimpatikus idegsejtek növekedését és Jellemző csoportjuk az észterekével azo- differenciálódását stimuláló fehérjék NGF nos: –O–CO–, amely a laktonok esetén a (ideg növekedési faktor, nerve growth gyűrű része. Hidroxi karbonsavakból (pél- factor NGF) szintézisét. dául tejsav) képződnek. A karboxil-csoport A hericenonok és az erinacinok kis mole- a lánc egyik végén, a hidroxilcsoport álta- kulatömegű vegyületek, amelyek könnyen lában a lánc másik végéhez közel van. A átjutnak a véragy gáton. Ezért potenciális két hidroxil-csoportból kilép egy vízmole- gyógyszerei lehetnek a degeneratív ideg- kula, a maradék szén és oxigén összekap- rendszeri rendellenességeknek, például csolódva zárja a gyűrűt. Alzheimer-kórnak. Az erinacin-A molekula β-glükán: a gabonafélék és a szájon át történő adagolása állatkísérletben gyógygombák kémiai összetevője. A jelentősen növelte az idegsejtek működését gyógygombák β-glükánja β-1,3 – β-1,6 elősegítő fehérjék szintézisét a patkányok

30 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Gyógyító molekulák gombákban

agytörzsének stressz és pánik fiziológiás válaszaiért felelős részében (a locus coeruleusban) és a hippokampuszban. A gomba micéliából izolált HEG-5 meg- nevezésű glikoprotein in vitro kísérletek- ben gátolta a humán gyomor-tumorsejtek növekedését apoptózis (programozott sejt- halál) előidézésével. A vizsgálat valószínű- síti, hogy a glokoprotein potenciális jelölt- nek tekinthető gyomorrák kezelésére.

A gomba őrleményeinek és kivonatainak gyógyhatása A gomba őrleményeit és kivonatait étrendkiegészítőként forgalmazók, termé- kel végzett vizsgálatokban a szárított gomba vizes kivonatai moderált antioxi- keiket orális fogyasztásra elsősorban a kog- gomba őrlemény orális adagolása csökken- dáns hatást eredményeztek. nitív károsodások, az Alzheimer-kór és tette a térbeli rövid távú és a vizuális felis- Állatkísérletekben kimutatták a gomba demencia, depresszió, szorongás, merési memória károsodását. májvédő és a sebgyógyulás gyorsítására Parkinson-kór, sclerosis multiplex betegsé- A neuroprotektív hatás kimutatásához vonatkozó hatását is. gek esetében, a memória javítása céljából megemlítendő egy kettős-vak, placebo- A Természetes Gyógymódok Átfogó javasolják, de ajánlják gyomorhurut, gyo- kontrollált humán klinikai vizsgálat is, Adatbázisa, a rendelkezésre álló természe- morfekély, Heliobacter pylori, cukorbeteg- amelyet enyhe kognitív károsodásban tes gyógymódok egyik legátfogóbb és leg- ség, rák, hiperlipedémia (magas vérzsír szenvedő 50-80 éves japán férfiakon és megbízhatóbb, kritikus forrása. Az adato- szint) gyógyítására vagy tüneteinek csök- nőkön végeztek. Két hetes előzetes vizsgá- kat és értékelésüket komoly szakértői cso- kentésére is. lat után 30 beteget véletlenszerűen két 15 port frissíti folyamatosan. A természetes Az szakirodalomban számos tanulmány fős csoportba osztottak, amelyek egyikében gyógymódok az összes gyógynövényes és foglalkozik a gomba gyógyhatásának vizs- a betegek száraz gombakivonatot, a másik- nem gyógynövényes étrend-kiegészítőre is gálatával a felsorolt betegségek esetében. ban pedig placebót kaptak. A „gomba cso- vonatkoznak. Noha néhány étrend-kiegé- Az elvégzett vizsgálatok elsősorban in vitro port” alanyai naponta háromszor 1 gramm szítő nem állítható elő természetes forrá- (kémcsőben, Petri csészében elvégzett) száraz gombakivonatot kaptak 16 héten át. sokból, ezeket is tartalmazza, mivel általá- kísérletek és állatmodelleken elvégzett Az adagolás során a betegek kognitív ban természetes termékek kategóriába vizsgálatok. A humán klinikai vizsgálatok képességei javultak és a vizsgálat végén a sorolják őket. Az adatbázis elfogulatlan, száma igen kevés. „gomba csoport” betegeinek képességei bizonyítékokon alapuló értékeléseket és Az amerikai Természetes Gyógymódok szignifikánsan megnövekedetek a placebo ajánlásokat nyújt a kiegészítő, alternatív Átfogó Adatbázisa (Natural Medicines csoporthoz képest. Azonban a 16 hetes kezelésekről. Comprehensive Database) a gomba rövid- adagolás megszüntetése utáni a 4. héten, a Kőszegi Lídia távú fogyasztását nem tartja károsnak, kognitív funkcióik minősége ismét lecsök- hivatkozva klinikai kísérletre, mely során a kent. A vizsgálat ideje alatt laboratóriumi Irodalom betegeknek 16 héten keresztül napi 3-szor vizsgálatok nem mutattak ki káros mellék- 1 g gombaőrleményt adagoltak, mellékha- hatást. A kísérlet eredményei arra utalnak, http://www.gombanet.hu/ev-gombaja-2018 Mendel Friedman, J. Agric. Food Chem. tások nélkül. Hosszabb idejű fogyasztásá- hogy a gomba, fogyasztása alatt, javította 63, 32, 7108 2015 nak hatására vonatkozóan nincsenek ada- az enyhe kognitív károsodást. Hyung Jun Noh, et al. Journal of Enzyme tok. A gomba kivonatai in vitro és állatkísér- Inhibition and Medicinal Chem. 30, Issue 6, Az adatbázis szakértői a felsorolt beteg- letekben citotoxikusnak bizonyultak máj, page 934 2015 ségek gyógyhatására vonatkozó humán kli- vastagbél és gyomorrák esetében is. Bing-Ji Ma et al., Mycology 1(2):92-98 2010 Xinyi Zan, et al., International Journal of nikai adatokat jelenleg nem tartják elégsé- Néhány előzetes vizsgálatban a gombaki- Biological Macromolecules, 76, 242, May gesnek és meggyőzőnek az említett hatások vonat csökkentette a kemoterápiás kezelé- 2015 igazolására, bár felsorolnak in vitro vizsgá- sek mellékhatásait is. Hatása a Koichiro Mori, et al. Phytother. Res. 23, 367– latokban és állatkísérletekben észlelt figye- diabeteszre, a vércukorszint csökkentése és 372 (2009) lemre méltó hatásokat is: a vér inzulin és HDL koleszterin https://naturalmedicines.therapeuticresearch. com/ Az Alzheimer-kórt érintő, egérmodellek- tartalmának növelése volt. In vitro vizsgálatokban a Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 31 a világ második legdrágább fűszere A vanília Az Orchidaceae családba tartozó Vanilla nemzetség néhány faja, a Vanilla planifolia és a Vanilla tahitiensis bab termése a népszerű vanília íz forrása [1].

z indaszerű, fákra felkuszó varják és légmentesen záró dobozba Vanília fajok eredeti hazája helyezik. Ezalatt a vanília rudak meg- Mexikó: az aztékok már barnulnak és az enzimek létrehozzák a ColumbusA előtti időkben ismerték és glukovanillint. Végül a rudakat megszá- kakaó ízesítésére használták. Europába rítják és tovább érlelik hónapokon Hernan Cortez spanyol hódító hozta be keresztül, hogy az ízük teljesen kialakul- a csokoládéval együtt az 1520-as évek- jon. Az érlelési idő csökkentésére irá- ben. nyuló módszerek nem hoztak eredményt A Vanília növények termesztésének és a termelők ragaszkodnak a jó minő- Vanilla planifolia kulcsa a beporzás, amit nem rovarok séghez. Ezért drága fűszer a vanília. végeznek. A spontán beporzásnál haté- A 19. század közepéig Mexikó volt a konyabb módszert 1841-ben a francia vanília egyetlen forrása. A kellemes ízű Réunion szigeten élő rabszolga, Edmund fűszer csak a királyi udvarok számára Albius fedezte fel 12 éves korában: egy volt elérhető. Thomas Jefferson – az ujjal és egy fapálcával nyomta össze a amerikai függetlenségi nyilatkozat szer- növény bibéjét és porzóját. A növény zője, majd 1801-től az Egyesült Államok termése 10-22 cm hosszúságú vanília- 3. elnöke – 1785-től 1789-ig bab rudak. Zölden, félérett állapotban Franciaországban volt követ és itt ismer- szüretelik, majd szárítják és további 8 hónapon át érlelik. A jó minőségű tok- termésen gyakran fehér vanília kristá- lyok is megjelennek. A vanília termés kivonata többszáz kémiai komponenst tartalmaz, de az íz és illat elsősorban egy vegyülettöl, a vanillintól származik. A termést először forró vízben áztat- ják, hogy leállítsák az élő növényben zajló folyamatokat. Ezután szárítás és izzasztás következik: a nap sugaraival Vanilla tahitiensis szárítják, majd éjszakára kendőbe csa-

Szárított vanília rudak A vanília zöld termése

32 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma a világ második legdrágább fűszere

guayakol

kedett meg a vaníliával. Annyira ízletes- nek találta, hogy magával vitte Amerikába. A 19. század elején francia vállalkozók elvitték a vanília növényt az Indiai- és Csendes-óceáni szigetekre (Réunion, Mauritius, Comore-szigetek, Seychelles, Madagszkár és Tahiti), más növényekből, pl. remélve, hogy ezeken a helyeken is meg- szegfűszegből, de a fő terem. Madagaszkár északi területén a ízkomponensének (vanil- Sava régió különösen alkalmasnak bizo- lin) szintézise már korán nyult a vanília termesztésére kedvező az érdeklődés tárgya lett. természeti fekvése, a párás magaslatok A vanillint először miatt. 1858-ban izolálták a Madagaszkár egyike a világ legszegé- vanília termés glukovanillin nyebb országainak [2]. extrakciója útján. A vanillin A munkaigényes termesztést családok vanillin szerkezetét 1874 végzik, akik éjszaka ültetvényeiket a tol- óta ismerik és Karl Reiner német készítésére a természetes vanília maradt vajokkal szemben machetákkal őrzik. Ez vegyész két évvel később a szitézisét is meg az aróma forrása. gyakran brutális kimenetelű: az ENSZ megoldotta guayakolból kiindulva [3]: Csak arra nem szoktunk gondolni, emberjogi Bizottságának jelentése sze- A vanillin a zöld vaniliában b-D- hogy a vanília milyen nehézségek árán rint az önbíráskodás 2016 és 2018 glükozid formában van jelen kerül a konyhánkba. között 150 emberéletet követelt [2]. Ma (glukovanillin). Simonyi Miklós a világ vaníliaszükségletének közel 80%- A zőld vanília íztelen, a át Madagaszkáron termesztik, és expor- glukovanillinból a vanillin az érlelés Olvasnivalók tálják (Bourbon vanília). alatti enzímműködés következtében sza- A vanília népszerűsége és ritkasága badul fel. A megszokott édességek (vaní- 1. https://hu.wikipedia.org/wiki/Vanília miatt próbálkozások történtek a helyet- liafagylalt, vaníliaszósz) gyárilag vanillin 2. Economist, 2019. július 5. 3. https://en.wikipedia.org/wiki/Vanillin tesítésére. Eleinte vaníliát extraháltak oldatból készülnek, de a házi édességek

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 33 Hírek innen-onnan

Kiderült, hogy Popeye spenóttal doppingolt Ki ne emlékezne gyerekkorából Popeye-re a tengerészre, aki mindig ivott a spenót-konzervből, amikor erőre volt szüksége? Az izmai minden korty után erősebbé váltak.

spenótról alkotott vélemény az mazó vas, beleértve a spenótot is, nem elmúlt száz évben hullámzott. abszorbeálódik olyan jól, mint a húsból és Hallható volt róla jó is, rossz is. A baromfiból származó vas. Aleveleihez fűződő „szupererő” a spenót A rossz hír az volt, hogy a spenót jelen- kimagaslóan magas vastartalmának hiedel- tős mennyiségű oxalátokat is tartalmaz, me miatt terjedt a múlt század elején. amelyeknek negatív hatásai lehetnek. 1870-ben Erich von Wolf német kémikus Teljes oxaláttatalma 1145mg/100g friss bár megközelítően helyesen mérte meg a levél (a répa 44 mg, kelbimbó 16 mg, brok- spenót vastartalmát, azt tévesen koli 13 mg, burgonya 31mg oxalátot tartal- 35mg/100g - nak írta át jegyzeteiből. maz 100g-ban). Vesekőhajlam fennállása Ezután indult el Popeye karrierje is: az esetén sok nyers spenót fogyasztása növel- tartalmú kiegészítőket használtak fel a 1910-es évek végén előbb képregény, majd heti a vesekő kialakulásának valószínűsé- sportteljesítményt növelő hatás vizsgálatá- rajzfilm formájában kezdte népszerűsíteni gét. hoz. A termék egy kapszulája a címke sze- a spenót fogyasztását. Nagy erejét a spe- A Freie Universität Berlin kutatói ebben rint spenótkivonatból származó 100 mg nótból nyerő tengerész egyre híresebb lett az évben kettős-vak placebo kontrollált ekdiszteront és 100 mg leucint tartalma- és a spenót fogyasztása hamarosan harma- kísérletben kimutatták, hogy a spenót zott. A sportolókat négy csoportra osztot- dával megnőtt az Egyesült Államokban. egyik kémiai összetevője javítja a fizikai ták: (A) napi két kapszula és edzés. (B) Később aztán a hiba kiderült és a vastarta- teljesítményt. A Doppingellenes napi 8 kapszula és edzés, (C) napi 8 kap- lom ma ismert értéke mintegy tízszer keve- Világügynökség (WADA) megbízásából szula edzés nélkül, (D) placebo és edzés. sebb 0,8-2,7 mg/100g friss levél. készített tanulmányukban igazolták, hogy a A német kutatók 46 férfi sportoló tízhe- Ez azonban nem jelenti azt, hogy a spenótból kivont 20-hidroxiekdizon (20E) tes vizsgálatával igazolták, hogy az edzés Popeye által támogatott spenót rossz vas- molekula jelentősen fokozza az izomsejtek mellett 20-hidroxiekdizon-nal kezelt spor- forrás. Összehasonlítva a közönséges zöld- működését. A 20-hidroxiekdiszteron jelen- tolóknak (B csoport) 10 hét után 2kg-al ségek vastartalmával kiderül, hogy a nyers létét a spenótban először a Szegedi megnövekedett az izomtömege és ezzel spenót meglehetősen jó mennyiségű vasat Tudományegyetem kutatói mutatták ki együtt teljesítményük is, a placebót kapott tartalmaz, ha nem is annyit, mint a húsok, 1982-ben (M. Báthori et al. 1982). sportolókhoz képest (Arch. Toxicol.2019, magvak és a tojássárgája. (100 g friss levél- A kísérlethez a kutatók kereskedelmi DOI: 10.1007 / s00204-019-02490-x). ben a spenót 2.7 mg, spárga 2.1 mg, fok- forgalomban kapható 20-hidroxiekdizon Bebizonyosodott az is, hogy a hatás az ada- hagyma 1.7 mg, kelkáposzta 1.5, kelbimbó golt dózis függvénye és szükséges az ada- 1.4 mg, brokkoli 0.7 mg, káposzta 0.5 mg golás mellett a napi intenzív edzés is. vasat tartalmaz az USDA adatai szerint.) A A 20-hidroxiekdizon még hatékonyab- spenót különben is nagyon egészséges, ban javította az atlétikai teljesítményt, vitaminokban, antioxidánsokban, különö- mint néhány tiltott anabolikus szteroid. sen K-, A-, B-, E- és C-vitaminokban, man- Ennek eredményeként a kutatók javasolták gánban, folsavban, és magnéziumban is a vegyület hozzáadását a nemzetközi dop- gazdag és 100g spenót energiatartalma pingellenes ügynökség, a WADA tiltott csak 60-90 joule. A probléma azonban az, doppinganyagok listájához. hogy a növényi alapú élelmiszerekből szár-

34 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Hírek innen-onnan

Etanol széndioxidból és ligninből

Az etanolt jelenleg etilén hidratálása vagy erjesztés útján állítják elő. Széles kör- ben használják oldószerként, alapanyagként és újabban üzemanyagként is.

Kínai kutatók kidolgozták az etanol szintézisét megújuló nyersanyagok, lignin és szén-dioxid felhasználásával. a szintézis, amelyet ruténium-kobalt kettős katalizátorral (1,1,1-trisz (difenil-foszfin-metil)-etán (trifosz) ligandummal) hajtot- tak végre, három kaszkád reakciót foglal magába: a metoxibenzol (anizol) , mint lignin modellvegyület, vagy (b) lignin éteres kötésének bontása lii segítségével, metiljodid képződése céljából (1), fordított víz-gáz reakció a szénmonoxid előállításához (2) Szteroidok: Kémiailag a szteroidok és az ezt követő etanol szintézis reduktív karbonilezéssel (3), (etanol előállítása C–C tetraciklusos triterpenoidok így a kötés képzésével 1,3-dimetil-2-imidazolidinon (dMi) fitoszterolok és fitoszteroidok is. Tetraciklusos triterpén a koleszterin, a oldószerben). tesztoszteron és a ginzenoidok aglikonjai A szintézist és a fel- is (Kémiai Panoráma No18.) használt katalizátort anabolikus: A szteroid hormonok ana- sikeresen tesztelték bolikus hatása számos szövet, különösen a számos különféle for- csontok és az izmok növekedésének ser- rásból származó lignin kentése. Egyéb anabolikus funkciók az modellvegyületekkel: izomtömeg, a csontsűrűség, a hemoglo- aril-metil-éterekkel. bin-koncentráció, a vörösvértestek töme- A lignin nagy mole- gének növelése, és az immunrendszer erő- kulatömegű, aromás sítése. egységekben gazdag androgén: Az androgén hatás a gerin- térhálós polimer. A fák cesek férfi jellemzői kialakulásának és szárazanyag-tartalmá- fenntartásának serkentése a szteroid hor- nak mintegy harmadát- mon által. Az emberben a tesztoszteron a negyedét teszi ki. Ipari felelős hormon. A legtöbb szintetizált szte- hulladék, de a vegy- roid hormont a tesztoszteron androgén iparban ritkán használ- aktivitásának elnyomására használják, ják fel, nagy részét ala- miközben növelik annak anabolikus hatá- csony minőségű tüze- sait. lőanyagként égetik el. A keletkező mennyi- Az ekdiszteroidok (ekdizon, ekdiszteron, ség ellenére az ipar turkeszteron) ízeltlábúak szteroid hormon- nem aknázza ki a lignin jai, amelyek a vedlésért, fejlődésért és a azon képességét, hogy szaporodásért felelősek. Az értékes vegyületeket állítson elő, mivel a depolimerizálásakor általában olyan ekdiszteroidokat a rovarok étrendi kolesz- termékek keverékei képeződnek, amelyeket nehéz elválasztani és tisztítani. A terinből szintetizálják. Régóta ismert, hogy bemutatott etanol szintézis új lehetőséget nyit meg a biomassza és a széndi- ezek a vegyületek előfordulnak az emlősök- oxid felhasználásához. ben, így az emberekben is. Elhanyagolható toxicitásuk mellett sok anyagcsere-folya- Forrás: Jingjing Zhang, et al mattal állnak kapcsolatban és átfogó, „az Chem. Sci., 2019, Advance Article egész testet erősítő” adaptogén aktivitást DOI: 10.1039/c9sc03386f okoznak. (Adaptogén = alkalmazkodási és Chemistry World, 29, 2019 túlélési képesség.)

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 35 Hírek innen-onnan

A növényekben előforduló és az izomtömeg növekedést. Az elismert szegedi kutatóinak érdekes és fon- fitoszteroidok feladata a rovarok ekdiszteroidok előfordulására tos közleménye jelent meg: (Hunyadi et al., elleni védekezés. Az és tulajdonságaira vonatkozó Nature, Scientific Reports 2016 december ekdiszteroidok családjába tarto- ismeretekhez magyar kutatók is 8., DOI:10.1038/srep37322). zó, 20-hidroxiekdizon (20E) is hozzájárultak. A Szegedi Megvizsgálták öt étrend-kiegészítő készít- egy növényi szteroid. Tudományegyetem kutatói mény ekdiszteroid tartalmát, amelyek Tartalmazzák például a Maral mutatták ki először 1982-ben a német forgalmazók állítása szerint spenót- gyökér (Leuzea carthamoides), a 20-hidroxiekdiszteron jelenlétét kivonatot tartalmaztak. A termékek brazil ginzeng, a Kínában honos a spenótban, majd annak in Cyanotis és spenót kivonatokkal történő Cyanotis Arachnoidea növény és vivo hatását patkány izomrosto- összehasonlító HPLC és NMR elemzése a spenót kémiai összetevői is. kon 2008-ban. Bár korábban is bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy ezek a A spenót viszonylag gyenge voltak kísérletek az jóval nagyobb ekdiszteroid tartalmú ekdiszteroid forrás. A friss ekdiszeroidok sportteljesít- Cyanotis kivonatokból készültek, és nem tömegre jutó ekdiszteroid tartal- ményre vonatkozó hatására, spenótból, amint azt a forgalmazók állítot- ma (elsősorban 20E) a betakarí- kettős-vak placebo kontrollált ták. tás időpontjától függően 0,005– klinikai vizsgálatról csak az Emellett kiderült az is, hogy az öt vizs- 0,08%, átlagosan 0,04%. A spenóttal ellen- említett, idén megjelent közlemény szá- gált termék kapszuláiban a 20E mennyisé- tétben a Cyanotis arachnoidea növény, a molt be. ge 0,2-2,4mg, míg az összes ekdiszteroid 20E leggazdagabb forrásai közé tartozik; a Fogyasszunk mi is spenótot, mint tartalom 0,3-4,8 mg között ingadozott. A betakarítás idejétől és területétől függően Popeye, izomerősítőként? Mivel a sporto- 20E mellett a magyar kutatók még 7 másik gyökérben a 20E szint elérheti a 4-5%-ot is lóknak (elsősorban testépítőknek) az inter- ekdiszteroid származékot is kimutattak. A (erre később még visszatérünk). neten forgalmazók általában azt tanácsol- szerzők hangsúlyozták, hogy bár ezek az A nem-hormonális anabolikus hatású ják, hogy naponta akár több gramm 20E-t adagok jóval kisebbek a biztonságosnak ekdiszteroidok teljesítménynövelő hatása is fogyasszanak, tekintve a spenót átlagos megítélt határértéknél, valójában a eddig is ismert volt a testépítők és a spor- 0,04% 20E tartalmát, naponta több kg Cyanotis fajokra vonatkozóan nem rendel- tolók kőrében is. A kereskedelmi forgalom- nyers spenótot kellene, elfogyasszunk, kezünk európai ismeretekkel és fogyasztá- ban is számos ekdiszteroid, így a hogy 800 mg ekdiszteron a szervezetünkbe suk biztonságos határértékeivel sem. 20-hidroxiekdizon is kapható étrend- jusson. Meg kell jegyezni, hogy egyrészt a De a történet folytatódik tovább. Német kiegészítőként. Bár szó volt róla az utóbbi javasolt dózist hosszútávú biztonság szem- kutatók, akik ez év júniusában közölték a időben, de eddig még nem kerültek fel a pontjából soha nem vizsgálták és mint 20E fizikai teljesítményt javító hatásának sportolók tiltólistájára, mivel hatásuk egy- látni fogjuk a 20E molekula hatékonyságát vizsgálata során nyert eredményeiket való- értelmű humán klinikai igazolása csak a humán kísérletben ebben az évben igazoló színűleg még nem ismerték a magyar kuta- közelmúltban történt meg. német kutatók messze nem használtak a tók előbbi közleményét. Ezt később megis- Állatkísérletek alapján korábban is való- kísérletekben 200-800 mg (2-8 kapszula) merve, megvizsgálták 12 internetes forga- színűsítették, hogy negatív hormonális napi 20E dózist, bár úgy vélték. lomban kapható étrend-kiegészítő ható- hatások nélkül serkenti a fehérjeszintézist 2016-ban a fitoszteroidok nemzetközileg anyagtartalmát, köztük azokat is, amelye- ket a kettős-vak placebo kontrollált kísérle- teikhez használtak. A vizsgálatuk konklúzi- ója az alábbi: „A vizsgált étrend-kiegészítő termékek 67%-a sokkal kevesebb ekdiszteront tartal- maz, mint amit a címkén feltüntettek. Csak három termék közelítette meg a címkén megadott szintet. Ezzel szemben hat készítményben a tényleges mennyiség a címkén feltüntetett értéknek kevesebb, mint 20%. Három termék esetében a szá- mítás lehetetlen volt, mivel a címkézés csak a spenót mennyiségére vonatkozott, és az ekdiszteron-tartalomra nem volt információ”. Érdekes megjegyezni, hogy a kísérletük-

36 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma Hírek innen-onnan

Ritkán látott hexagonális síkszerkezetű átmenetifém komplex

Az átmeneti fémkomplexek geometriája általában oktaéderes, trigonális bipiramidális vagy négyszög- letes sík szerkezetű. A londoni Imperial College- ben dolgozó Mark R. Crimmin és munkatársai szin- tetizáltak és kristályosítottak egy központi palládi- ben felhasznált, a címke szerint 100mg um atomból, három hidridböl és három magnézium- 20-E tartalmú kapszulákban csak 4,2mg diizopropil-fenil-ligandumból álló hexagonális 20-hidroxiekdizont tudtak kimutatni. Bár síszerkezetű komplexet (Nature 2019, DOI: erre nem térnek vissza megjelenés alatt 10.1038 / s41586-019-1616-2). álló közleményükben, (Gabriella Ambrosio A kutatók eddig is tudták, hogy a hatszögletű D et al. Journal of Pharmaceutical and síkszerkezetű vegyületek kialakulhatnak kondenzált Biomedical Analysis, 177, 5 January 2020, fémfázisokban és a koordinációs polimerek pórusai- 112877), könnyű kiszámolni, hogy a haté- ban is, de egy ilyen geometriájú átmenetifém- konynak talált napi 8 kapszula adagban komplexet eddig nem tudtak kristályosítani. Az csak 34mg 20E volt. eredmény valószínűsíti, hogy az átmeneti fémek és Nagyon fontos a fenti két közlemény, más, nem konvencionális főcsoportbeli fémek kom- mivel felhívják a figyelmet arra, hogy az binálása váratlan tulajdonságokkal rendelkező étrend-kiegészítők és gyógyhatású készít- vegyületeket eredményezhet. mények pontos összetételét, hatóanyagtar- tamát és lehetséges mellékhatásait is iga- Garçon M, Bakewell C, Sackman G. A, et al. Nature zoltatni kellene forgalomba hozataluk előtt. 574, 390–393 (2019). doi:10.1038/s41586-019- Végül is, akkor mégsem szükséges több 1616-2 kiló spenót a teljesítmény növeléséhez? Leigh Krietsch Boerner, C&EN | 97, Issue 40, Oct. Nem bizony! Mivel a spenót 20E tartalma 12, 2019 0,04%, tehát 34 mg-ot 85 g friss spenót tartalmaz.

Olvasnivalók

E. Isenmann et al., Archives of Toxicology, 93, Issue 7, 1807, 2019:DOI: 10.1007 / s00204-019-02490-x Báthori M, et al.,, Phytochemistry, 21, 236, 1982. Toth N, et al., Phytomedicine 15(9):691, 2008 Marsha-Ann Watson, C&EN Acs, 97 Issue40, Oct.12 2019 https://sportorvos.hu/ekdiszteroidok/ Robert J. Grebenok, et al., Lipids, 26, 666, 1991 Weiwen Chai, Michael Liebman, J. Agric. Food Chem.,53, 8, 3027, 2005 Hunyadi et al., Nature, Scientific Reports 2016 december 8., DOI:10.1038/ srep37322 Gabriella Ambrosio D et al. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis , 177, 5 January 2020, 112877

Kémiai panoráma 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám 37 Kémiai Panoráma

Felelős kiadó és főszerkesztő: Pálinkás Gábor Kiadja a T ermészettudományi Kutatóközpont Kapcsolat: 1117 Budapest,Magyar tudósok körútja 2. e-mail: [email protected] Tördelés-képszerkesztés: Dancsák András Szakmai tanácsadó: Gózon Ákos, Simonyi Miklós Honlap: www.kemiaipanorama.hu