Kiertotalouden orgaaninen kemia

Tutkimuksessa yhdistyy orgaaninen supramolekyylikemia ja kemiallisten analyyttisen tekniikoiden vahva osaaminen, joiden avulla luomme uusia toiminnallisia molekyylejä sekä analysoimme niiden ei-kovalenttisia komplekseja ja itsejärjestäytyneitä rakenteita. Orgaanisten molekyylien rakenteen ja toiminnan hallitseminen luo uutta perustietoa monille kemian ja materiaalitieteen aloille. Lisäksi tavoitteenamme on luoda uusia sovelluksia bio- ja kiertotalouteen yhteistyössä yksityisen sektorin toimijoiden kanssa. Tutkimuksemme keskittyy seuraaviin aiheisiin.

1) Reseptorimolekyylit, jotka sitovat karboksylaatteja ja kloridia

Karboksylaatti- ja kloridianioneja esiintyy luonnossa runsaasti, joten niiden tunnistaminen on tärkeää. Tutkimushankkeessa MAREXT: Selektiivinen anionien uutto makrosyklisillä reseptoreilla syntetisoimme ja tutkimme kaliks[4]pyrrolipohjaista anionireseptoria, jolla on kolme erilaista sitoutumispaikkaa, ja joka voi sitoa anioneja onkalonsa sisä- tai ulkopuolelle. Lisäksi reseptori voi muodostaa ioniparikomplekseja orgaanisten typpeä sisältävien pyridinium ja imidatsoliumkationien suolojen kanssa. Syntetisoimme myös anionireseptorin, jonka konformaatio eli muoto voidaan kytkeä avoimesta suljettuun tilaan anionin sitoutumisen avulla. Tila pysyy suljettuna ja anionikompleksi on stabiili, koska reseptorin rakenne on sopivan jäykkä. Lisäksi osoitimme urea-ryhmiä sisältävän kaliks[4]pyrrolin toimivan synteettisenä kloridikuljettimena lipidikalvon läpi. Synteettisten anionikuljettimien toivotaan tuovan uusia hoitomuotoja viallisten kloridikanavien aiheuttamiin sairauksiin, kuten kystiseen fibroosiin, tai syöpiin.

2) Foldameerit, jotka laskostuvat anionien ympärille.

Foldameerit ovat synteettisiä oligomeerejä, jotka järjestäytyvät eli laskostuvat tiettyyn rakenteeseen kuten aminohappoketjuista koostuvat proteiinit. Kemiallisesti foldameeri voi kuitenkin koostua lähes mistä tahansa toistuvasta yksiköstä aminohappojen sijaan. Osoitimme, että aryyliamidi-yksiköistä koostuvat foldameerit laskostuvaan heliksiksi fluoridin tai kloridin ympärille. Yhteistyössä Petri Pihkon tutkimusryhmän kanssa tutkimme anionien vaikutusta tiourea/ureafoldameereihin, jotka katalysoivat Michael-reaktiota imiinien ja malonaattiesterien välillä. Anionien sitoutuminen muuttaa foldameerien laskostumista ja siten katalyyttistä aktiivisuutta. Tutkimushankkeessa COCOA: Katalyyttien kontrollointi anionien avulla tutkimme organokatalyyttejä, joiden aktiivisuutta voidaan säädellä anionien avulla, sekä foldameerien laskostumista ja laskoksen kytkentää tilasta toiseen vesiliuoksissa.

3) Misellit ja kiinteät lipidinanopartikkelit, jotka sisältävät supramolekulaarisia reseptoreja

Kun supramolekulaarisella reseptorilla, kuten kaliksareenilla, on amfifiilinen eli sekä vesiliukoinen että rasvaliukoinen pää, ne voivat muodostaa misellejä tai kiinteitä lipidinanopartikkeleja. Näillä nanokokoisilla partikkeleilla on monenlaisia sovelluksia, esimerkiksi uutoissa, molekyylien tunnistuksessa, molekyylikuljettimina, lääkeainekuljettimina tai katalyytteinä. Osoitimme, että uudentyyppiset kuppimaisen sitoutumispaikan omaavat supramolekulaariset reseptorit, kuten resorsinareenit ja kaliks[4]pyrrolit voivat muodostaa kiinteitä lipidinanopartikkeleita. Tällä hetkellä tutkimme kaliksareeni-tyyppisten reseptorien misellejä ja yhteismisellejä anionien uutossa. Lisäksi tutkimme kaliksareenimisellien käyttöä organokatalyytteinä biomassan jalostuksessa.

4) Bioaktiiviset aineet luonnonkasveissa ja biomassassa

Tässä uudessa projektissa tutkimme bioaktiivisille yhdisteille sopivia uuttomenetelmiä ja valmistamme bioaktiivisten yhdisteiden supramolekulaarisia komplekseja. Komplekseilla voidaan parantaa kasvien uuteaineiden antiviraalisia ja antibakteerisia ominaisuuksia.