Karl Petter Lillerud forsker p? materialer ved Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo. N?rmere bestemt er det s?kalte nanopor?se, faste, krystallinske stoffer han er opptatt av. Nanopor?s vil si at materialene er por?se p? et atom?rt niv?. De mest kjente nanopor?se materialene er zeolitter. Lillerud er internasjonalt sv?rt anerkjent for sitt arbeid med ? utvikle nye por?se materialer.
– En viktig egenskap hos slike nanopor?se materialer er at de har fenomenalt stor overflate. Noen f? gram har samme overflate som en fotballbane, forteller Lillerud. Vanlige mineraler i naturen er tette forbindelser, som kvarts, silisiumoksid og aluminiumoksid. Atomer som kommer i ber?ring med disse, blir stoppet p? ytre overflate.
– Nanopor?se materialer derimot, er som en sveitserost p? atomniv?. Disse virker som en svamp for molekyler. De er bygd av tredimensjonale silikat-nettverk, som omgir kanaler og hulrom. De gj?res selektive ved ? variere st?rrelsen av kanaler og hulrom, slik at bare molekyler av en viss st?rrelse kan komme inn. Noen molekyler absorberes, andre ikke. Por?se materialer kalles derfor molekylsiler.
Katalysator
– Por?se materialer er den viktigste typen katalysatormateriale i bruk i dag, fastsl?r Lillerud.
En katalysator er en substans som f?r en kjemisk prosess til ? g? fortere, men uten selv ? v?re en konkret del av utgangsstoffet eller sluttproduktet. En katalysator styrer prosessen atom for atom slik at en f?r det produktet en ?nsker seg og p? den m?ten slipper unna kostnadskrevende separasjon i etterkant. Zeolitter brukes som katalysatorer i stor m?lestokk for petrokjemiske prosesser. – Nanopor?se materialer likner kroppens egne enzymer: formen p? hulrommene styrer reaksjonene ved at molekylene passer inn i disse. Lillerud viser til at det finnes sv?rt f? strukturer som er por?se.
– Alle er samlet i denne, sier Lillerud og viser fram en katalog. I katalogen er cirka 140 strukturer beskrevet. Hvert ?r blir det lagd tre-fire nye p? verdensbasis. Fem-seks av disse strukturene er skapt av forskere ved Universitetet i Oslo. De b?rer universitetets navn med et nummer etter. I utvikling av nye nanopor?se katalytiske materialer er Lillerud og hans kolleger ledende internasjonalt.
– Utenlandsk industri er sv?rt interessert i ? st?tte grunnforskningen vi driver, forteller han.
Speilbilder
To molekyler med n?yaktig samme kjemiske sammensetning, men som er speilbilder av hverandre, kan ha sv?rt forskjellige egenskaper. Disse molekylene kalles kirale (se faktaramme).
– Ta duften av appelsin og sitron: Denne duften best?r av et lite enkelt molekyl med samme formel og samme egenskaper. Reseptorene i nesen v?r er f?lsomme for speilsymmetri, den ene formen lukter sitron, den andre lukter appelsin, framholder forskeren.
Kirale molekyler har f?tt ?kt betydning med medisinindustriens stadig mer komplekse kjemiske forbindelser.
– Kroppens enzymer skiller mellom h?yre- og venstreform av molekyler, og derfor best?r de fleste medisiner av kirale molekyler. Fordi legemiddelet skal passe sammen med de molekylene som skal binde seg til cellene, er som regel bare det ene speilbildet virksomt. Den andre formen kan v?re inaktiv eller endog giftig. I framstillingen av de fleste legemidler er det derfor n?dvendig ? skille mellom h?yre- og venstreformer av molekyler. Det er et sv?rt kostbart trinn i prosessen, forteller kjemiprofessoren.
Anvendbare materialer
Og det er her Santa Barbara-eksperimentet kommer inn: Da Lillerud fikk karakterisert materialet han hadde skapt, viste det seg at det var noe ganske for seg selv. Han viser smilende fram en modell av strukturen.
– Dette er den f?rste som virkelig er ?pen og kiral av denne typen strukturer. Se hvor morsom og rar den er! At den kom ut slik, at denne viste seg ? v?re kiral, var en stor overraskelse, sier Lillerud.
For forskerne har m?let lenge v?rt ? lage strukturer med kirale kanaler, det vil si skruakser som g?r bare én vei. Disse vil skille mellom h?yre- og venstreformer av molekyler og kan derfor brukes til kiral separasjon: den ene formen vil g? inn i strukturen og bindes mens den andre vil ekskluderes og forbli i l?sningen.
– Oslo-Santa Barbara-1 er lagd med beryllium som er sv?rt giftig. N? fors?ker vi ? lage det samme type materiale, men med sink og titan. Jeg har stor tro p? at det er mulig. F?r vi det til, vil det bli et sv?rt anvendelig materiale. I kiral separasjon vil det f? fenomenal ?konomisk betydning. ? skille mellom h?yre- og venstreformer av molekyler vil bli langt rimeligere for farmas?ytisk industri.
?
Fakta
Speilbilder Ordet kiral kommer av det greske ordet ”cheiros” som betyr h?nd. V?re hender er nemlig kirale – h?yre h?nd er et speilbilde av den venstre. De fleste av livets molekyler er bygd opp p? samme m?te.
Kiral oppdagelse Det var Louis Pasteur (1822-1895) som oppdaget femomenet kiralitet. Pasteur fant ut at salter utkrystallisert fra druesyre bestod av to typer krystaller som var speilbilder av hverandre. Da han sendte planpolarisert lys igjennom de to krystalltypene, s? han at de fikk lyset til ? dreie av i hver sin retning.
Medisinsk katastrofe Naturen blander aldri to speilbildeformer av samme forbindelse i biologisk materiale. Men det var nettopp det som ble gjort da legemiddelet thalidomid ble framstilt. P? 1950- og 60-tallet fikk gravide kvinner dette legemiddelet til hjelp mot kvalme. Thalidomid er et kiralt stoff. Etter hvert viste det seg at det bare var den ene speilbildeformen av stoffet som hadde den ?nskede effekten mot kvalme. Den andre formen derimot, hemmet blodtilf?rselen til armer og bein hos fosteret, og kvinner som hadde brukt thalidomid, f?dte barn med store misdannelser.
Kilde: DR VIDENSKAB + IT
Database for zeolitiske strukturer, se: www.iza-structure.org/databases/