Aromatyczne związki organiczne są wykorzystywane nie tylko w chemii (produkcja polimerów, detergentów, materiałów wybuchowych) czy medycynie (farmaceutyki), ale mają też znaczenie biologiczne - składniki zasadowe DNA i RNA mają charakter aromatyczny.

Aromatyczność nie jest pojedynczą właściwością związków chemicznych, a jej definicje oparte były dotąd głównie na arbitralnie wybranych kryteriach.

Opracowany przez prof. Krygowskiego indeks aromatyczności HOMA (Harmonic Oscillator Model of Aromacity) pozwala precyzyjnie określić, jaką dana cząsteczka ma aromatyczność, a tym samym, jakie może mieć właściwości fizyczne, chemiczne oraz biologiczne. W rozmowie z polskim "noblistą" serwis NwP pyta, jak należy rozumieć "aromatyczność" w życiu codziennym i jakie znaczenie ma jej mierzalność dla praktyki gospodarczej.

Nauka w Polsce: Czy pojęcie aromatyczności należy wiązać z zapachem? Czy to jest to samo?

Prof. Tadeusz Krygowski: Można było utożsamiać aromatyczność z zapachem w czasach, kiedy w chemii to pojęcie się pojawiło. W połowie XIX wieku zauważono, że pochodne benzenu, mianowicie estry kwasu benzoesowego, mają bardzo ładny zapach. Przyjęto wówczas nazwę "aromatyczny" dla związków benzenu, chociaż nie wszystkie one pachną, a jeśli nawet - to nie wszystkie ładnie pachną.

W toku późniejszych prac badawczych okazało się, że związków chemicznych o podobnych właściwościach chemicznych do benzenu jest więcej, ale nie tworzą one pachnących estrów. Od tego czasu zaczęto używać terminu aromatyczność jako czegoś, co wskazuje, że dany związek chemiczny, jego cząsteczki, są podobne we właściwościach chemicznych i fizykochemicznych do benzenu. Stąd termin ten obecnie nie ma już znaczenia zapachowego. Powiem nawet przewrotnie, że aromatyczna jest pirydyna - związek trujący i ohydnie śmierdzący, ale w ilościach mikrogramowych dodawana do niektórych perfum, którym dodaje nutę "dzikości".

NwP: A czy możemy powiedzieć o aromatyczności związku, którego zapachu - przyjemnego lub nie - w ogóle nie wyczuwamy?

TK: Aromatyczność jako zespół właściwości fizykochemicznych może być cechą różnych związków chemicznych, także w postaci kryształów oraz związków całkowicie bezzapachowych.

NwP: Skąd pomysł na zmierzenie cechy, która wydaje się niemierzalna?

TK: Jeżeli mówimy o tym, że ktoś jest wysoki, to co innego to będzie znaczyło w Centralnej Afryce u Pigmejów, gdzie wysocy ludzie mierzą 1,5 m, a co innego u Szwedów, gdzie wzrost wysoki to ponad 1,8 m. Dlatego kwantyfikacja, czyli ilościowa ocena jakiejś właściwości - jakiejkolwiek - jest potrzebna do klasyfikacji.

NwP: Jakie znaczenie ma taka "naukowa zabawa w matematyczne mierzenie aromatyczności"? Jaki ma sens praktyczny?

TK: Bezpośredniego zastosowania nie ma. Ale należy podkreślić to, że w nauce rzadko jest tak, że odkryta zależność czy związek chemiczny ma natychmiast zastosowanie. Od odkryć Fleminga, że pewne pleśnie mają właściwości bakteriobójcze, do ich zastosowania minęło kilkanaście lat.

Jednocześnie żadna teoria ani klasyfikacja nie jest celem samym w sobie. Jeżeli jakaś klasyfikacja lub teoria powstaje, to jest cenna wtenczas, gdy badania z nią związane dostarczają nowych informacji, otwierają nowe światy. Teoria sterylna, niebędąca zaczynem nowych pomysłów, jest martwa. Wybitny uczony brytyjski prof. Charles A. Coulson powiedział, że w chemii bardzo ważne są proste wzorce pamięciowe (primitive patterns of understanding), które są intuicyjne. Każdy chemik, jak usłyszy "aromatyczność", "elektroujemność", "wiązanie wodorowe" to wie, o co chodzi. Ale jak przyjdzie do definicji - to nie jest to takie proste. Czy na przykład definicja stołu jest łatwa?

NwP: Intuicyjnie - tak.

TK: Ale w praktyce tak nie jest. I poszukiwanie definicji aromatyczności było powodem ogromnej liczby prac, które wniosły dużo do ogólnego skarbca wiedzy chemicznej i oddziaływań chemicznych. Na przykład: przekaz genetyczny jest związany z helisą DNA, a ta składa się z zasad azotowych, które są aromatyczne. Kiedy tę helisę się popsuje, zmutuje, (np. przez zewnętrzne oddziaływanie na nią), to może być początek nowotworu. Rozumienie oddziaływań chemicznych może być lepsze dzięki badaniom czegoś, co się z rakiem w ogóle nie kojarzy, na przykład badaniem aromatyczności.

Umysł ludzki ma tę właściwość, że może dokonywać analogii i te analogie mogą być twórcze, użyteczne, otwierać nowe horyzonty. Dlatego nie wątpię, że zastosowanie praktyczne się pojawi. W przyszłości.

NwP: Jak to się stało, że wśród tych wszystkich prac, o których Pan wspomina, to właśnie dokonania Polaka okazały się przełomowe?

TK: Podczas pracy nad tematem doktorskim, który mój promotor prof. Wiktor Kamula (laureat wskazuje na zdjęcie wiszące na ścianie gabinetu) polecił mi wybrać samodzielnie, zetknąłem się z podwyższoną trwałością pewnych układów i związanym z tym pojęciem aromatyczności. To mnie tak zafascynowało, że zacząłem nad tym się zastanawiać. Aromatyczność - jak mówił mój długoletni przyjaciel, a jednocześnie konkurent, prof. Paul von Rague Schleyer - jest jak piękno. Jak zdefiniować piękną kobietę?

NwP: Ta jest piękna, która nam się spodoba

TK: No właśnie. Ktoś powie: ta mi się podoba, a ta nie. A ktoś inny: stary, właśnie ta jest piękna, a nie tamta. Nie da się tego skwantyfikować.

Niemniej aromatyczność charakteryzuje się pewnymi cechami. Są to długości wiązań, czyli odstępy pomiędzy atomami w cząsteczce. W tym czasie, kiedy się nad tym zastanawiałem, przyjaźniłem się z doktorem Jerzym Kruszewskim, który zmarł 2 lata temu. Przedyskutowaliśmy dziesiątki godzin, przez kilka lat bywał u nas, gadaliśmy do północy, może nawet żona była czasem niezadowolona... I wpadliśmy na pomysł, żeby zróżnicowanie długości wiązań potraktować jako cechę, która może być charakterystyką aromatyczności. Jak jest duże zróżnicowanie, to znaczy, że układ jest mało aromatyczny, jak jest małe - układ jest aromatyczny. Benzen, który jest wzorcem, nie ma w ogóle różnic w długościach wiązań. W efekcie wymyśliliśmy metodę HOMA, która obecnie jest najważniejszym indeksem opartym na geometrii (są jeszcze indeksy oparte na energii, na właściwościach magnetycznych i na reaktywności).

NwP: Środowisko naukowe przyjęło Pana indeks bez zastrzeżeń?

TK: W zasadzie tak, a prace te mają kilka tysięcy cytowań. Znam wielu profesorów, którzy przez całe życie mają pięćset cytowań, a tu - tylko ten temat ma 4 tysiące. Świat to przyjął, stąd zaproszenia na wykłady, na profesury w różnych krajach świata. Nie chcę się chwalić, ale niezaprzeczalnie się udało, przy czym ponownie zaznaczam tu spory udział mego przyjaciela, którego życiowe drogi odwiodły go później od czynnego uprawiania nauki. Te twórcze dyskusje z nim dały efekt, który w polskich warunkach nie jest częsty. To znaczy - osiągnięcie akceptowane przez świat nauki.

NwP: Wśród wielu nagród za to osiągnięcie i całokształt Pana pracy, teraz znalazł się polski Nobel. Jakie znaczenie ma dla Pana to wyróżnienie? Czy jest jednym z wielu, czy może szczególnym?

TK: Jak mam mówić o czymś szczególnym, to proszę spojrzeć na dyplom, który wisi tu na ścianie (profesor wskazuje oprawiony dyplom z wykaligrafowaną datą - rok 1955). To było moje pierwsze i jedno z największych osiągnięć: zwycięstwo w dwóch kolejnych olimpiadach chemicznych w Stalinogrodzie (tak się wówczas nazywały Katowice).

Pierwsza olimpiada odbyła się w 1954 r., ale dyplom zaginął. Wtedy byłem uczniem, musiałem uczyć się i polskiego, i łaciny, i wielu innych przedmiotów. Chemia była tylko częścią, ale tak mnie zafascynowała, że stała się moim alter ego.

Potem przyszły studia, praca, różne nagrody, profesury, członkostwa honorowe. Ale wtedy byłem już zawodowcem. Wyróżnienie nagrodą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej uważam za swoje największe osiągnięcie związane z pracą zawodową, nie oczekiwałem go. Parę lat temu, gdy mój kolego prof. Jeziorski dostał polskiego Nobla, mój współpracownik, dr hab. Michał K. Cyrański spytał mnie: "Panie profesorze, a kiedy pan dostanie polskiego Nobla?" Odpowiedziałem: "Wiesz co, Nobla to ja mogę mieć pieska, a nie wyróżnienie". No, pomyliłem się.

NwP: Pomyłki bywają zaskakująco miłe.

TK: Tak, to ogromne osiągnięcie. Ale nie było by go, gdyby nie wielu ludzi, z którymi współpracowałem. Rodzice, a później moja starsza siostra, przyswoili mi pewną hierarchię wartości - niezwykle ważną rzecz, która trzyma nas na właściwym kursie.

Niezwykłą rolę odgrywa moja rodzina: moja żona Maria, córki Kinga i Ola, ich mężowie i moje wnuki. To było oparcie, kiedy człowiek miał jakieś przykrości, a było ich niemało Człowiek przychodził do domu i żył innym życiem.

Z mojego gimnazjum im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu wyszło sześciu laureatów nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Sześciu na wszystkich 78! Tam nie było "cackania się" z uczniami, były rygor - jak ktoś umiał to umiał, jak nie, to pała i nie ma zmiłuj; jak był niegrzeczny, zostawał wyrzucony za drzwi i trzeba było spowiadać się przed wychowawcą. Uważam, że to była dobra szkoła. Człowiek wyszedł z pewnym kręgosłupem i nie tak łatwo ulegał potem chaotycznym działaniom świata zewnętrznego. Bardzo sobie to cenię.

NwP: A jak ocenia Pan swoją "szkołę", siebie jako nauczyciela akademickiego?

TK: Bardzo ważne dla mnie było to, że po doktoracie dziekan wydziału zaproponował mi objęcie kierownictwa Pracowni Krystalografii. Nie bardzo się wtedy na tym znałem, ale w pracowni, którą mi przekazano, pracowała doktor Romana Anulewicz, która miała krystalografię w małym palcu. Dzięki niej uruchomiliśmy dobrą dydaktykę, dobrą tematykę badawczą i z pracowni wyszło czterech wybitnych krystalografów. Sławomir Grabowski jest profesorem w San Sebastian, w kraju Basków w Hiszpanii, Ilona Turowska-Tym jest profesorem Politechniki Wrocławskiej, prof. Krzysztof Woźniak został na Wydziale Chemii i kieruje naszą pracownią, zaś prof. Michał Cyrański jest kierownikiem zespołu, w którym ja jako emeryt, pracuję. Spośród wielu uczniów z tych czworga jestem szczególnie dumny i od nich też się dużo nauczyłem. Jeśli się codziennie rozmawia na tematy naukowe, to obie strony na tym korzystają.

NwP: Jako gimnazjalista uczył się pan wielu przedmiotów, na ile w nauce występuje taka wielość dyscyplin? Wydaje się, że chemik musi być zarazem matematykiem, fizykiem, biologiem, medykiem -tu szuka pan przyszłych zastosowań swoich badań

TK: Uważam, że trzeba być dobrym chemikiem i znać możliwości zastosowań, nie lekceważąc innych, mówiąc językiem szkolnym, przedmiotów.

NwP: Jak sprawić, żeby specjaliści innych dziedzin, być może zamknięci w swoich dyscyplinach, dowiedzieli się o Pana wynikach i być może znaleźli ich praktyczne zastosowania?

TK: Naukowiec musi być otwarty na dyskusję w zasadzie na każdy temat. Ja nie jestem już czynnym profesorem, w tym sensie, że instytucjonalnie nie mam już współpracowników. Ale mam piątkę młodych ludzi, z którymi współpracuję, spotykamy się, rozmawiamy. Oni są młodsi, mają inny punkt startowy, dlatego widzą możliwości zastosowań.

Dr hab. Halina Szatyłowicz z Politechniki Warszawskiej próbuje zastosować moją metodologię do zasad, które budują DNA, czyli czegoś, co jest istotą życia. Biochemik Arkadiusz Ciesielski ma niezwykle kreatywny umysł, jest twórcą nowatorskich zastosowań metod teorii grafów i topologii do zagadnień związanych z aromatycznością, podejrzewam, ze następny krok to już będzie biochemia. Wraz z Michałem Cyrańskim jest on współautorem jednej z najważniejszych moich prac, która z prostych rozważań matematycznych prowadzi do dwóch głównych reguł aromatyczności: reguły Hckela i reguł Clara. Praca jest już przyjęta do druku.

Zastosowania będą krok dalej i będą dzięki temu, że ci, którzy się znają na aromatyczności będą rozmawiali z innymi ludźmi, którzy zajmują się układami, gdzie ta aromatyczność ma miejsce, ale za dobrze o tym nie wiedzą. W wyniku dyskusji mogą pojawić się zupełnie nowe idee, które mogą prowadzić do poprawy, powiedzmy, działania jakichś leków czy środków wykorzystywanych w przemyśle spożywczym. Warunkiem jest otwartość i chęć obustronnego kontaktu.

NwP: Warunek spełniony w Polsce?

TK: Nie bardzo, to nie jest zbyt często spotykane w Polsce, jednak jest stymulowane poprzez system finansowania badań "z pogranicza". Łatwiej jest dostać pieniądze na projekt łączący wiele dyscyplin, czasem naukę i przemysł. Dzięki temu łatwiej o sukces, którego - to też muszę powiedzieć - u nas się nie docenia. Przykład? Polacy na międzynarodowej olimpiadzie chemicznej zajmują regularnie miejsca w pierwszej trójce. O tym prawie się nie pisze!

NwP: Serwis Nauka w Polsce pisze, choć to zagadnienie z pogranicza edukacji i szkolnictwa wyższego.

TK: Bardzo cieszę, ale to wciąż mało. W Stanach Zjednoczonych, jak amerykańscy uczniowie zajęli kiedyś piąte miejsce, to informacja o tym była w dziennikach! W Polsce niedoceniane jest to, co bardzo ważne. Bo przecież fakt, że dwoje uczniów dostaje złoty czy srebrny medal, jest ważniejszy, niż to, że gdzieś urodziła się koza z dwiema głowami, a gdzieś indziej ktoś kogoś zamordował. To mnie bardzo martwi, bo to niesłychanie spłyca poziom mentalny społeczeństwa. Mogę powiedzieć dość brutalnie: nadmiar informacji, którego doświadczamy, mądrych ludzi może czasami uczynić mądrzejszymi, ale głupich ludzi najczęściej ogłupia.

NwP: Dziękuję za rozmowę.

PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

agt/bsz