PAN informacje

Poznajmy wybrane wynalazki naukowców Polskiej Akademii Nauk. Omawiana tematyka to m.in.: sposób wytwarzania pochodnych 1,3,2 - oksazafosforinanu; preparat przeznaczony do ograniczania liczebności owadów, zwłaszcza z rodzaju Lymantria; azotkowa dioda laserowa; nowe rozgałęzione peptydowe związki wielkocząsteczkowe; sposób wytwarzania monokryształów tlenku cynku; sposób utleniania cykloheksanu.

 

Sposób wytwarzania pochodnych 1,3,2-oksazafosforinanu
Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pochodnych 1,3,2-oksazafosforinanu. Wśród tej grupy substancji chemicznych jeden ze związków o nazwie 3-/2-chloroetylo/-2-[/2-chloroetyloamino]-2-okso-l,3,2-oksazafosforina znany pod nazwą ifosfamid jest stosowany jako substancja czynna leków o działaniu przeciwnowotworowym. Leki oparte na bazie ifosfamidu jako substancji czynnej są stosowane w chemioterapii nowotworów złośliwych takich jak: rak drobnokomórkowy płuca, nienasieniakowaty rak jądra i mięsaki tkanek miękkich. Ponadto stosowany jest w leczeniu takich guzów, jak rak sutka, rak trzustki, złośliwe chłoniaki. Ifosfamid wchodzi też w skład programów chemioterapii innych nowotworów litych takich, jak rak nie-drobnokomórkowy płuca, rak jajnika, czerniak, a także programów leczenia nowotworów wywodzących się z układu krwiotwórczego.

Sposób wg tego wynalazku, którego istotą jest N-chloroacetylowanie pochodnych 1,3,2- oksazafosforinanu i redukcja funkcji karbonylowej podstawników N-chloroacetylowych za pomocą borowodorku sodowego wobec eteratu trifluorku borowego w środowisku obojętnych rozpuszczalników organicznych, charakteryzuje się bardzo wysoką wydajnością - 75-90%. Wcześniej znane i wykorzystywane technologie wytwarzania ifosfamidu pozwalały na jego otrzymywanie z wydajnością nieprzekraczającą 50%.

W celu wdrożenia wynalazku Centrum wspólnie z Instytutem Farmaceutycznym w Warszawie i twórcami patentu utworzyło w 1989r. Przedsiębiorstwo Produkcyjno- Wdrożeniowe IFOTAM Sp. z o.o. Spółka ta, na podstawie licencji udzielonej przez współwłaścicieli praw do patentu, opracowała technologiczną skalę wytwarzanie Ifosfamidu spełniającą wymogi GMP i rozpoczęła w 1994 r. produkcję substancji czynnej do wytwarzania leku przeciwnowotworowego. Równolegle, w roku 1994 Instytut Farmaceutyczny opracował formę leku i wprowadził na rynek polski lek pod nazwą handlową Macdafen®. W roku 2001 rozpoczęto eksport Ifosfamidu, między innymi do USA.

Historia tego wynalazku jest przykładem uwieńczonego sukcesem efektywnego współdziałania chemików, farmakologów, onkologów oraz inżynierów procesowych, jakim było wprowadzenie do lecznictwa krajowego leku wytwarzanego w oparciu o polską własność intelektualną. Sukces handlowy był możliwy dzięki temu, ie technologia wytwarzania Ifosfamidu wg wynalazku pozwalała na jego produkcję po kosztach kilkakrotnie niższych od ponoszonych przy produkcji znanymi wcześniej metodami, zwiększając tym samym jego konkurencyjność na rynku. Ifotam Sp.z o.o. zatrudnił 23 chemików, w tym czterech ze stopniem doktora. W roku 2009 sfinalizowano inwestycję w postaci własnego budynku administracyjno-produkcyjnego.

Preparat przeznaczony do ograniczania liczebności owadów, zwłaszcza z rodzaju Lymantria,
i sposób ograniczania liczebności owadów, zwłaszcza z rodzaju Lymantria
Instytut Chemii Fizycznej PAN

Przedmiotem wynalazku jest preparat feromonowy przeznaczony do ograniczania liczebności populacji owadów z rodzaju Lymantria, metodą dezorientacji i sposób stosowania tego preparatu. Dezorientacja jest metodą ograniczania populacji szkodliwych owadów z wykorzystaniem ich feromonów płciowych. Polega ona na pokryciu obszaru zagrożonego przez szkodnika feromonem w stężeniu porównywalnym do stężenia feromonu wydzielanego przez samice. Metoda stosowana w okresie rójki owadów sprawia, że samce w wyniku obecności w powietrzu wprowadzonego sztucznie feromonu ulegają dezorientacji i nie mogą odnaleźć samic. Dzięki temu nie dochodzi do kopulacji i zapłodnienia a samice składają jajeczka, z których nie wylęgnie się nowa generacja szkodników. Warunkiem powodzenia jest identyczność syntetycznego feromonu z naturalnym oraz utrzymanie jego optymalnego stężenia w okresie całej rójki. Preparat składający się z mieszaniny dwóch substancji- cis-7,8-epoksy-2-metylooktadekanu (disparlur) i cis-7,8-epoksyoktadekanu (monachalur) w roztworze oleju lub w postaci zawiesiny w wodzie jest rozpylany na obszarze zagrożonym z powietrza w postaci kropel o średnicy od 10 do 1000 jum. Aby zmniejszyć koszty stosowania preparatu można podzielić obszar zagrożony na pasy poddane działaniu feromonu i nie poddane, obszar pomiędzy pasami poddanymi opryskiem jest wówczas również chroniony. Stwierdzono, że optymalne skuteczne stężenie feromonu wynosi 8 g/hektar. Zaletą opracowanej metody jest jej skuteczność, nieszkodliwość dla ludzi, zwierząt i organizmów wodnych oraz niewielki koszt syntezy substancji aktywnych.

Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej
Instytut Wysokich Ciśnień PAN

Patent ujawnia metodę wytworzenia struktury lasera, opartego o związki półprzewodnikowe azotków metali grupy Ul (GaN, AlGaN, InGaN), mogącego emitować światło o długości fali odpowiadającej widmu światła widzialnego od fioletu do zieleni. Patent opisuje jak przy pomocy Epitaksji z Wiązek Molekularnych (MBE) można uzyskać struktury nie zawierające wodoru, który pełni w warstwach GaN rolę centrum kompensującego stany akceptorowe. Dzięki brakowi wodoru uzyskane struktury mogą posiadać bardzo dobre właściwości elektryczne. Patent ujawnia również rolę warstwy indu dla wzrostu wysokiej jakości epitaksjalnych budujących laser. Na bazie opisanej tu metody skonstruowano najlepszy na świecie laser wykonany przy pomocy technologii MBE (gęstość prądu progowego 5 kA/cml, napięcie progowe 5.5 V, maksymalna moc optyczna CW - 60 mW).

Nowe rozgałęzione peptydowe związki wielkocząsteczkowe,
sposób ich wytwarzania oraz ich zastosowanie
Instytut Chemii Organicznej PAN

Terapia zakażeń drobnoustrojami stanowi jedno z poważniejszych wyzwań dzisiejszej medycyny. Poza niekwestionowanym postępem obserwowanym w czasie ostatnich 50 lat, możliwym gównie dzięki wprowadzeniem do lecznictwa antybiotyków, notuje się też tendencje niekorzystne. Jedną z nich jest powstawanie mutacji bakterii odpornych na wszystkie klasy antybiotyków¹. Według European Academies Science Advisory Council (EASAC), w 2007 roku w Europie było ok. 175 tys. udokumentowanych przypadków śmierci spowodowanych poszpitalnymi zakażeniami szczepami opornych drobnoustrojów. Dlatego Komisja Europejska zaleciła prowadzenie monitoringu skali tego zjawiska w całej Europie. Rośnie również świadomość takiego zagrożenia w firmach farmaceutycznych co powoduje ponowne zainteresowanie nowymi klasami związków o aktywności przeciwdrobnoustrojowej i możliwie różnorodnym mechanizmie działania. Wśród grup związków uważanych obecnie za wartościowe źródło nowych struktur i pomysłów na projektowanie związków antybiotycznych są naturalne peptydy przeciwdrobnoustrojowe. Są to liniowe 10-50 peptydy o strukturze amfifilowej, których aktywność polega na niszczeniu membran komórek drobnoustrojów. Bazując na informacji strukturalnej uzyskanej podczas 20 lat badań innych zespołów nad naturalnymi peptydarni, w roku 2000 rozpoczęliśmy prace nad wykorzystaniem chemii dendrymerów do otrzymania rozgałęzionych związków peptydowych zaprojektowanych tak aby działały na membrany patogennych drobnoustrojów. Opracowaliśmy metodykę syntezy dendrymerycznych peptydów w których rdzeniem i elementem rozgałęziającym były naturalne aminokwasy lizyna (Lys) i ornityna (Orn). Testy mikrobiologiczne wykazały ich wysoką aktywność przeciw bakteriom Gram(+), Gram(-) i grzybom z rodziny C. Albicans².

Aby zwiększyć stopień rozgałęziania a więc ilość grup funkcyjnych mogących oddziaływać skutecznie ze składnikami biomembran wprowadziliśmy nowe elementy budulcowe o strukturach ogólnych 1 i 2, które mogą być wykorzystane jako rdzenie lub elementy rozgałęziające. Okazało się, że taka strategia pozwala uzyskać za pomocą niewielu cykli reakcyjnych dendrymeryczne cząsteczki o nowych topologiach i 5-200 razy wyższej aktywności przeciw drobnoustrojom z grupy Gram(+) i Gram(-) i grzybom z rodziny C albicans. Najbardziej interesujące jest, że taka modyfikacja struktury daje nowe właściwości w postaci wysokiej aktywności na bakterie oporne wielolekowo, zarówno z grupy Gram(+) jak i Gram(-)³.

Jednoczesne badanie hemotoksyczności pozwoliło na wyselekcjonowanie struktur mniej szkodliwych na komórki ludzkich erytrocytów. Dzięki rozgałęzionej strukturze powyższe dendrymeryczne peptydy są odporne na hydrolizę enzymatyczną. Podsumowując, zastosowanie chemii dendrymerów pozwoliło otrzymać nową atrakcyjną ekonomicznie (prostota syntezy) grupę dendrymerycznych peptydów charakteryzującą się znaczącymi aktywnościami przeciwdrobnoustrojowymi (w tym na szczepy oporne wielolekowo) oraz stabilnością enzymatyczną.

1. R. E. W. Hancock; The Lancet, 1997,349,418.
2. J. Janiszewska, Z. Lipkowska, „New compounds of dendrimer structure that express antimicrobial and antifungal properties", PL 197752, 2007.
3. P. Polcyn, Z. Lipkowska; "New branched macromolecular peptides, design and applications,/, 2006, Polish Patent application P 380 399.

Sposób wytwarzania monokryształów tlenku cynku
Instytut Fizyki PAN

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania monokryształów tlenku cynku metodą osadzania z fazy gazowej dla potrzeb technologii przyrządów półprzewodnikowych. Polega na zastosowaniu odpowiednich materiałów konstrukcyjnych układu krystalizacji, dobraniu gazu aktywnego i sposobu jego wykorzystania do chemicznego transportu składników kryształu do frontu krystalizacji. Sposób według wynalazku zapewnia dużą powtarzalność procesu oraz jednostajną kontrolowaną prędkość wzrostu monokryształu o jednorodnym składzie chemicznym. Otrzymany monokryształ ZnO charakteryzuje się niską zawartością zanieczyszczeń i dyslokacji. Może być z powodzeniem stosowany jako podłoże dla warstw epitaksjalnych w technologii wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych. Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie monokryształów o rozmiarach ograniczonych rozmiarami ampuł urządzenia technologicznego.

Znaczenie wynalazku dla rozwoju technologii krystalizacji tlenku cynku wynika z możliwości wzrostu kryształu z prędkością, która znacznie przewyższa prędkość uzyskiwaną innymi metodami dla tego materiału (w tym mającej największe znaczenie dla otrzymywania monokrystalicznego tlenku cynku metody hydrotermalnej), oraz na prostocie i niskich kosztach urządzenia służącego do krystalizacji.

Sposób otrzymywania nanokompozytu dwuwolframianu itrowo-potasowego
oraz nanokompozytu tego dwuwolframianu dotowanego iterbem
Instytut Fizyki PAN

Sposób otrzymywania nanokompozytu dwuwolframianu itrowo-potasowego i dwuwolframianu itrowo-potasowego dotowanego iterbem polega na tym, że do roztworu parawolframianu amonu - (NH)10H2(W2O7)6aq o zawartości 0.15 M wolframu w kwasie askorbinowym w temperaturze 60°C dodaje się roztwór wodorotlenku potasu i azotanu itru (oraz ewentualnie także azotan iterbu), następnie otrzymany zol askorbinowo-azotanowy metali K-Y-W lub ewentualnie K-Y-Yb-W odparowuje się pod zmniejszonym ciśnieniem w nieco wyższej.

Powstały żel suszy się przez dobę, następnie otrzymany osad rozciera się na proszek i potem wygrzewa przez 3 doby wszystko w temperaturze powyżej 100°C. Po schłodzeniu proszek ogrzewa się ponownie z dość znaczną prędkością do temperatury 550°C, w której przetrzymuje się go przez 10 godz., wcześniej w temperaturze 260°C doprowadzając proszek do samozapłonu. Powstaje proszek o gradacji rzędu około 20/25nm.

Sposób uzdatniania medium, zwłaszcza gazu ziemnego
i urządzenie do uzdatniania medium, zwłaszcza gazu ziemnego poprzez oddziaływanie polem magnetycznym
Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN

Aparat magnetyczny z wysokogradientowym polem magnetycznym wytworzonym przez magnesy neodymowe. Urządzenie przeznaczone jest do wspomagania procesów uzdatniania wody takich jak: flokulacja, koagulacja, wymiana jonowa, sedymentacja i filtracja. Dodatkową zaletą stosowania aktywatora jest zabezpieczenie instalacji przed wytrącaniem się twardych osadów węglanowych (kalcytu). Następuje również zahamowanie procesów korozyjnych, dzięki wytwarzaniu w wodzie polikrzemianów o działaniu ochronnym. Aparat magnetyczny pracuje w zasadzie bezobsługowo.

Praktyczne zastosowanie metody MWT (magnetycznego uzdatniania wody) i urządzeń magnetycznych ma miejsce w Zakładach Chemicznych „Siarkopol". W 2008 roku wykonano (na podstawie zgłoszenia patentowego P379409) kilkanaście urządzeń magnetycznych o wydajności od 60 m3/h do 330 m3/h, które wdrożono w "Siarkopolu" Grzybów - Kopalni Siarki "Osiek". Bez stosowania środków chemicznych, uzyskano przyśpieszenie procesów kondycjonowania wody oraz zmniejszenie szybkości korozji i wytrącania osadów węglanowych.

Sposób utleniania cykloheksanu
Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN

Patent dotyczy sposobu utleniania cykloheksanu według polskiej technologii CYKLOPOL, przy zastosowaniu opracowanego przez autorów nowego układu katalitycznego. Cykloheksan jest utleniany do cykloheksanolu i cykloheksanonu, ważnych półproduktów do otrzymywania tworzyw poliamidowych. Polska jest znaczącym producentem poliamidów, a 80-90% poliamidów jest produkowanych właśnie w oparciu o proces CYKLOPOL. Katalizator przemysłowy stosowany w tym procesie pozwala na uzyskanie 4% konwersji cykloheksanu przy selektywności do produktów pożądanych: cykloheksanonu i cykloheksanolu wynoszącej 75% oraz stosunku ketonu do alkoholu 1:2. Opatentowany sposób utleniania cykloheksanu przy zastosowaniu nowego układu katalitycznego będącego mieszaniną izooktanianu kobaltu i metaloporfiryny zwiększa, bez zmiany technologii, konwersję o 25% i selektywność do 85-90%) zmieniając równocześnie stosunek ketonu do alkoholu na 2:1. Stosując ten katalizator można także obniżyć temperaturę procesu o 20°C w porównaniu do procesu przemysłowego.

Sposób otrzymywania N-alkilowych pochodnych 2-hydroksypirydyny
Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Włodzimierza Trzebiatowskiego PAN

Wynalazek dotyczy metody otrzymywania N-alkilowych pochodnych 2-hydroksypirydyny polegający na alkilowaniu 2-hydroksypirydyny alkoholami pierwszorzędowymi, o 1-3 atomach węgla w łańcuchu, w fazie gazowej w obecności katalizatora, którym jest glinian cynku ZnAl204. Katalizator - spinel cynkowo-glinowy - otrzymywany jest przez wytrącanie z mieszaniny roztworów soli cynku i glinu (w stosunku molowym Zn:Al = 1:2) rozcieńczonym roztworem amoniaku. Wytrącanie osadu prowadzi się w temperaturze pokojowej lub podwyższonej aż do uzyskania pH 7,5-9. Otrzymany osad oddziela się przez filtrację i przemywa się go wodą destylowaną do zaniku anionów stosowanych soli Zn i Al, wstępnie suszy, formuje w wytłoczki, ponownie suszy i kalcynuje w temperaturze 450 - 650 °C przez kilka godzin. Można też stosować katalizator ZnAl204 otrzymany w warunkach hydrotermalnych.

Reakcję alkilacji 2-hydroksypirydyny prowadzi się w reaktorze przepływowym w sposób ciągły pod ciśnieniem atmosferycznym lub podwyższonym w temperaturach z zakresu 220 - 380 °C. Mieszaninę reakcyjną, zawierającą 2-hydroksypirydynę, czynnik alkilujący - odpowiedni alkohol, a także ewentualny dodatek wody, przepuszcza się przez złoże katalizatora stosując obciążenie złoża 0,3 do 6,0 objętości na objętość katalizatora. Stosunek molowy ilości alkoholu do 2-hydroksypirydyny i do wody może wynosić od 3:1:0 do 15:1:3. Do mieszaniny reagentów można wprowadzić obojętne rozcieńczalniki, takie jak węglowodory aromatyczne lub alifatyczne.

W zależności od zastosowanego alkoholu otrzymuje się różne produkty. Stosując metanol uzyskuje się N-metylo-pirydon-2, używając alkohol etylowy produktem reakcji jest N-etylo-pirydon-2, a n-propanol daje N-propylo-pirydon-2. Ważne jest, że reakcja alkilacji 2-hydroksypirydyny alkoholami w obecności katalizatora, którym jest glinian cynku, przebiega z wysoką selektywnością i wydajnością produktów N-alkilacji. Powstające w wyniku reakcji produkty są łatwe do wyodrębnienia i oczyszczania. Istotne jest, że w czasie reakcji alkilacji nie powstają C-alkilowe pochodne 2-hydroksypirydyny. N-akilowe pochodne 2-hydroksypirydyny stanowią grupę związków heterocyklicznych, które są ważne ze względu na ich biologiczną aktywność. Są one stosowane do produkcji herbicydów, insektycydów oraz farmaceutyków.