Ģ��ֱ��

Uusien katalyyttisten menetelmien kehittämisellä on kyetty kasvattamaan käytettävissä olevien orgaanisten hienokemikaalien joukkoa ja siten mahdollistamaan muun muassa uusien vaikutusmekanismien tutkimus biologisissa systeemeissä. Toisaalta katalyysin soveltamisella kyetään parhaassa tapauksessa vastaamaan hienokemikaalien valmistustoiminnan vastuullisuushaasteisiin materiaali- ja energiatehokkuutta parantamalla.

Tässä työssä tutkitulla, Professori Petri Pihkon tutkimusryhmässä kehitetyllä katalyyttiperheellä on aiemmin kyetty katalysoimaan kiraalisia amiineja tuottavaa reaktiota. Muista raportoiduista katalyyteistä poiketen, kehitetty katalyytti katalysoi Mannich-reaktioita erittäin enantioselektiivisesti käyttäen lähtöaineena sekä tyydyttyneistä hiilivetyketjuista koostuvia imiinejä että aromaattisia imiinejä. Juurisyytä tälle poikkeavalle katalyyttiselle aktiivisuudelle ei kuitenkaan tunnettu, mihin Antti Neuvosen väitöstutkimuksessa pyrittiin vastaamaan.

Heikkoihin vuorovaikutuksiin perustuvan katalyysin kehittämisessä nojataan vielä tänäkin päivänä pitkälti yritykseen ja erehdykseen. Tässä tutkimuksessa rakenteeltaan mukautuvan bifunktionaalisen vetysidos–emäskatalyytin toimintaperiaatetta Mannich-reaktiossa tutkittiin reaktiokineettisin menetelmin, tukeutuen myös laskennallisiin menetelmiin sekä kiinteässä tilassa ja liuoksessa havaittuihin katalyytin ja substraatin välisiin heikkoihin vuorovaikutuksiin.

Katalyyttistä reaktiomekanismia Antti Neuvonen tutki muun muassa isotooppileimattujen lähtöaineiden avulla sekä verraten lähtöaineiden rakenteen vaikutusta reaktionopeuteen ja reaktion selektiivisyyteen.

Lisäarvoa kansainvälisellä tutkimusyhteistyöllä

Tutkittavan reaktion asettamista haasteista huolimatta reaktionopeuteen ja selektiivisyyteen vaikuttavat tekijät kyettiin selvittämään hedelmällisen yliopiston sisäisen sekä kansainvälisen tutkimusyhteistyön avulla. Tutkimusprojektissa on jo vuodesta 2012 alkaen ollut osallisena professori Kari Rissasen tutkimusryhmä Jyväskylän yliopistosta sekä Dr. Imre Pápain tutkimusryhmä Unkarin tieteellisestä akatemiasta, molemmat tuoden oman erikoisosaamisensa tutkimusprojektiin.

”Hyvistä tuloksista huolimatta tutkimussarkaa tällä alueella riittää. �۳�ٱ𾱲��ٲ�ö Rissasen ja Pápain ryhmien kanssa osoitti hyvin sen, kuinka monialaista osaamista yhdistämällä voidaan saavuttaa sellaista, mikä olisi yksittäisen tutkimusryhmän saavuttamattomissa”, toteaa Antti Neuvonen.

Katalyyttiperheen toimintaa ja sovelluskohteita Mannich-reaktioissa kartoitettiin lisäksi laajentamalla alkuperäistä lähtöainevalikoimaa, jolloin saavutettavaa tuoteavaruutta kyettiin vastaavasti laajentamaan. Lähtöainekartoituksen yhteydessä havaittiin, että tietyillä lähtöaineilla ei saavutettu yhtä hyvää selektiivisyyttä kuin toisilla lähtöaineilla. Katalyyttien rakenne kuitenkin mahdollisti pienten rakennemuutosten tekemisen ja uuden katalyyttivariantin valmistamisen, joka kykeni katalysoimaan Mannich-reaktiota paremmalla selektiivisyydellä.

Katse katalyyttien käytettävyyden lisäämisessä

Väitöstutkimuksessaan Neuvonen tutki myös kehitettyjen katalyyttien rakenteen mukautumista sen reagoidessa rakenteeltaan vaihtelevien happojen kanssa. Tällä tutkimussuunnalla vasta-anionin rakenne kyettiin korreloimaan reaktiossa syntyneen ioniparin avaruudellisen muodon sekä ioniparin sitoutumiseen vaikuttavien tekijöiden kanssa. Mannich-reaktion tutkimuksen ohella nämä tulokset antavat pohjan anionisidontaan perustuvien reaktiomekanismien tutkimukselle.

Tutkimuksen tuloksia on raportoitu kolmessa vertaisarvioiduissa julkaisuissa arvostetuissa lehdissä, jotka keskittyvät orgaaniseen kemiaan ja katalyysiin.

Väitöskirjan kokeellisen osuuden valmistuttua Neuvonen on työskennellyt CABB Oy:ssä tutkimuskemistinä ja vuoden 2019 alusta alkaen tutkimus- ja kehityspäällikkönä.

Tutkimus on julkaistu JYU Dissertations -väitöstutkimusten sarjassa, numero 336, Jyväskylän yliopisto, Jyväskylä, 2020. ISBN 978-951-39-8464-9 (PDF), URN:ISBN:978-951-39-8464-9, ISSN 2489-9003
Linkki julkaisuun: 

DI Antti Neuvosen orgaanisen kemian väitöskirjan "Toward an Understanding of Hydrogen-Bonding Bifunctional Organocatalyst Conformations and Their Activity in Asymmetric Mannich Reactions" tarkastustilaisuus on perjantaina 11.12.2020 kello 12. Vastaväittäjänä on professori Tõnis Kanger (TalTech, Viro) ja kustoksena on professori Petri Pihko Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Yleisö voi seurata väitöstilaisuutta verkkovälitteisesti.
Linkki Zoom-webinaariin (suositellaan Zoom-sovellusta tai Google Chrome selainta):

Puhelinnumero, johon yleisö voi tilaisuuden lopussa osoittaa mahdolliset lisäkysymyksensä (kustokselle): +358505289132