Tartu Ülikooli keemiatudengid võitsid eelmisel aastal oma huvitavate teadusuuringutega vabariiklikel konkurssidel mitmeid kuldseid kohti.

Samal ajal köitsid nad tähelepanu mujalgi maailmas. Millega nad selle ära teenisid, seda käis asjaosalistelt endilt pärimas ajakirjanik TOOMAS JÜRIADO.

Tartu Ülikooli orgaanilise keemia õppetooli dotsent Uno Mäeorg paneb rahulolevalt muheledes mu ette lauale nimekirja: “Eks meie tudengid ole auhindu varemgi saanud, aga viimasel aastal tuli neid eriti rohkesti.”

Jutt on rahvusvahelistest, Haridus- ja Teadusministeeriumi ning Teaduste Akadeemia tudengiautasudest, mille toonud tööd on kas osaliselt või täielikult tehtud just siin ülikooli orgaanilise ja bioorgaanilise keemia instituudis. Mäeoru enda põhiala on ikka olnud “keeta” uusi aineid ehk orgaaniline süntees. Aga mehel jätkub rohket huvi pista näpud keemiaga piirnevaissegi erialadesse. Nii on sama põnev kui uute ainete saamisteede otsing olnud ka püüd luua koostöös materjaliteadusi õpetavate füüsikutega töövahendeid nanotehnoloogidele. Neis mõlemas valdkonnas tehtud uuringud, ning ütleme kohe ära, et ka leiutised ja avastused ongi tudengteadlastele tunnustust toonud.

Hambaork tungib nanotehnoloogiasse

Teravikmikroskoopiast sai Horisondi järjepidev lugeja mõndagi teada Ants Lõhmuse ja Jakob Kübarsepa läinud aasta viimases numbris ilmunud artiklist “Mida millestki teha saaks” (vt Horisont nr 6 2005, lk 10–15). Ja seal oli ka kirjas, et füüsikute koostöös orgaanilise ja bioorgaanilise keemia instituudiga leiti uudne materjal lähiväljamikroskoobi teravike valmistamiseks: “Läbipaistev ja samaaegselt hea elektrijuhtivusega teravik avaks uued võimalused tunnelmikroskoopia baasil pinna spektraaluuringuteks.” Varem on sama tööd üritatud teha helesinise loodusliku India teemandi abil, mille kõrge hind ja eriti veel töötlemise kallidus ei luba teda tegelikult praktikas kasutada.

Ained, millest tartlased oma imeteravikke valmistavad, on metallalkoksiidid, kus keskne metalliaatom on ümbritsetud alkoksürühmadega – OR. Viisi, kuidas näiteks tina(IV)butoksiidist – Sn(OBu)4 – sellise teraviku saab, nimetatakse aga sool-geeltehnoloogiaks. Sooliks kutsutakse vedelat kolloidlahust, milles hulbivad suhteliselt väikesed aineosakesed. Kui viimaste vahel tekivad kolmemõõtmelised struktuurid, saab voolavast lahusest elastne – moodustub geel. Tina-alkoksiidist happekatalüütilisel hüdrolüüsil tekkinud geelist saabki tõmmata imepeenikesi nanotehnoloogiale vajalikke teravikke, millega võrreldes on juuksekarv paras tümikas.

Kas teravik üldse õnnestub ja millise kujuga ta tuleb, sõltub suuresti tõmbamise kiirusest ja geeli viskoossusest. Edasi vajab teravik veel paarinädalast n-ö järelvalmimist õhu käes, mille vältel geel hüdrolüüsub, ning termilist töötlust, paagutamist.

Küllap on sellest hästi visandlikustki kirjeldusest mõistetav, et keemikuoskuste kõrval on ses töös vaja osavaid käsi ja eelkõige leidlikkust: vahendid, millega teravikke tõmmata ja neid hiljem käsitseda, tuli endal välja mõelda. Uno Mäeorg tõstab siin eriti esile Tanel Tätte nutikust, kas või näiteks idees kasutada imepisikeste asjakeste tõstmiseks niisutatud … hambaorke. Tättegi on saanud haridus- ja teadusministeeriumi tudengipreemia, nüüd on aga juba nooremate kolleegide juhendaja staatuses.

Aga eelmisel aastal pälvis Haridus- ja Teadusministeeriumi konkursi bakalaureuseõppe tudengite astmes esimese preemia ehk 7500 krooni Madis Paalo, kes süstemaatiliselt just seda uuriski, kuidas teraviksensori valmistamistingimused tema kvaliteeti mõjutavad. Et teatud tõmbamiskiirusel fiiber enda peale vihmaussikujulised rõngad kasvatab, seda ei osanud keegi ennustada.

Lisaks teravikele ka peentorusid ja ülisilepinda

Päris “imemees” sool-geeltehnoloogia ja metallalkoksiididega eksperimenteerijate seas on alles kolmeaastase diplomiõppe lõpetanud Martin Järvekülg. Vähe sellest, et ta oli üks neljast Eesti Teaduste Akadeemia 2005. aasta tudengiteadustööde konkursil esimese auhinna (5000 krooni) pälvinutest. Lisaks käis ta oma uurimust tutvustamas ka Hispaanias rahvusvahelisel nanotehnoloogia uute suundade konverentsil ning pälvis endast mitu aastat vanemate doktorantide seas diplomi ja 300-eurose preemia.

Järvekülg lähtus oksiidsete materjalide saamisel hafnium(IV)butoksiidist ja sai natuke ehk kogematagi – aga juhusel on teaduses ju sageli oma osa – torujaid struktuure. Üks noormehe juhendajaist, Uno Mäeorg, muigab, et ta igaks juhuks ei ütle, kas just nano- või pigem siiski mikrotorusid – ehk siis võib-olla midagi mikro ja nano vahepealset. Milleks neid täpselt kasutada saab, see on rohkem tehnoloogide asi; igatahes on oluline kinnitada, et hafniumoksiid on peaaegu sama kõva kui teemant. Kui aga oksiid taandada karbiidiks, saaksime kõrgeima sulamistäpiga aine (umbes 4000 oC), mida siiani teatakse, ja seda toruja kiu kujul.

Aga vähemalt ühe sool-geeltehnoloogiaga loodud materjalide rakenduse kallal on veel jõudu proovitud. Kui keegi ütleb “peegelsile”, siis opereerib ta ilmselgelt makroskoopiliste mõistetega. Tänapäeva teaduse jaoks, kus uuringute tarvis seotakse siledatele pindadele mitmelaadseid funktsionaalrühmi, on siledaimgi peegel talumatult mühklik mägismaa, kust nanoosakese leidmine teravikmikroskoobiga on üsna võimatu. Küll lubavad hoopis laugemat nanomaastikku ikka jälle meile juba tuntud oksiidmaterjalid, mida saab samal meetodil. Töö “Aminofunktsionaalsete siloksaankilede valmistamine ja rakendused” tõi Margo Plaadole mulluse riikliku üliõpilasteadlaste konkursi diplomi.

Lõpetuseks rõhutab Mäeorg, et materjaliteadusega seotud tööde valmimisel on füüsikainstituudi laborijuhataja Ants Lõhmus just sama tähtis tegelane kui ta ise. Ning et Martin Järvekülje ja Margo Plaado kaasjuhendajad olid sama instituudi doktorandid, vastavalt Valter Reedo ja Kristjan Saal ning ikka koos füüsikainstituudiga.

Mulle üks reaktsioon, palun!

Nagu öeldud, on Uno Mäeoru pärisala siiski orgaaniline süntees, ja muidugi on tal selleski valdkonnas töötavaid üliõpilasi. Üks tõsisemat huvi pakkuv ainerühm on arüülasendatud hüdrasiinid, hüdrasiini NH2NH2 derivaadid, milles vesinik(ud) on asendatud aromaatsete või heteroaromaatsete (s.o peale tavapärase süsiniku ja vesiniku veel muudegi elementide aatomeid sisaldavate) tsüklitega.

Miks just need? Aga näiteks sellepärast, et mõni arüülhüdrasiin on teinud kõva karjääri meditsiinis – kuni nõutud ravimiteni välja. Muidugi pole keemikute asi järele proovida, kus üks või teine ollus kõige paremini töötab. Aga rakendajatele uusi ühendeid “ette sööta” tasub kindlasti. Mäeorg ütleb, et lausega “ma sünteesisin uue aine” ei üllata tänapäeval enam kedagi, ka mitte õppelaboris: uusi aineid aina luuakse ja luuakse.

Hoopis iseasi on uue reaktsiooni leiutamine. Üks oluline tingimus on näiteks see, et reaktsiooni lõppsaaduse saagis oleks hea. Samuti see, et saadaks ikka tõesti üks kindel aine, mitte terve hulga saaduste ebamäärane ja eraldamatu segu. Kui näiteks ühendis leiduva kaksiksideme juures mõni rühm asendub või kaksiksidemele liitub, on väga oluline, et ta “satuks” alati ikka ühte ja samasse asendisse.

Mulluste riikliku tudengitööde konkursi laureaatide nimekirjas seisab uhkelt esimesel real Ksenija Kisseljova nimi: I preemia tööle “Moodsad meetodid hüdrasiinide ja asoühendite arüülimisel”. Töö põhjal soliidses rahvusvahelises ajakirjas ilmunud artikkel kinnitab, et selles on kirjeldatud arüül- ja heteroarüülboroonhapete liitumist asoühendeile (vaat seal asoühendis see mainitud kapriisne kaksikside ongi!). Lisatakse, et asümmeetriliste asoühendite puhul võis jälgida suurepärast asendiselektiivsust. See reaktsioon on Ksenija leiutatud.

Kui ajakirjanik Mäeorult natuke naiivselt küsib, kas tulevikus hakkabki teadus rääkima Kisseljova reaktsioonist, ütleb teadusemees, et ega see komme nii levinud ole, kui näiteks vastleitud uute liblikaliikide ristimisel. N-ö nimelise nime saavad endale ikka vaid väga olulist rakenduslikku tähtsust omavad reaktsioonid. Aga lisab, et ega Eesti keemikud just teab mis palju reaktsioone leiutanud olegi; esimese valuga tulevat meelde vaid kuulus pagulaseestlane Ivar Ugi, nüüd paraku juba manalamees.

Tartu neidudel, ikka selsamal Kisseljoval ja ühel tema juhendajal, paari aasta eest samuti tudengiteaduspreemia laureaadiks saanud doktorandil Olga Tshubrikul olevat nüüd juba veel teinegi “oma” reaktsioon. Ja kolmas ilmselt peagi tulemas.

Üks teaduste akadeemia konkursil esimese preemia saanud keemik-orgaanik on veel nimetamata (aga meenutame veel kord, et neli esimest auhinda mullu üliõpilastele välja antigi – kaks neist siis ühte instituuti). Pavel Starkovist on vahepeal saanud Briti Imperial College’i magistrant, oma ligi kahesaja kirjandusviitega bakalaureusetöös käsitles ta aga hüdrasoonide sünteesi ja reaktsioone. Hüdrasoonid on seda tüüpi ühendid, kus kahe lämmastikuaatomi kõrval on kaksiksidemega seotud süsinik, nii et R1HNN=CR2R3.

Kui ennast juba minekule asutan, lisab dotsent Uno Mäeorg, et mõni preemia võinuks ehk veelgi tulla, olnuks aega kõik tehtu võistlustöödena vormistada. Kas või näiteks ikka sellesama hüdrasiini tugevhappeliste derivaatide sünteesivõimalusi uurinud Aleksei Bredihhinile, kel oli paraku kiire Saksamaale teadustööle rutata. Tema eksperimentide tulemuslikkust tõestab asjaolu, et magistritöö põhjal ilmusid artiklid koguni kahes kõrgelt koteeritavas rahvusvahelises ajakirjas.