Lata 1945-2014
Zespól Rentgenografii Strukturalnej i Krystalochemii, kierowany początkowo przez prof. Zdzisława Gałdeckiego, a od 1994 roku przez prof. Marka Główkę.
Inicjatorem utworzenia tego zespołu, jego sercem i oczywistym liderem był dr Zdzisław Gałdecki (pierwsze, nieużywane imię miał Marian a powszechnie znany był jako Szef), który pracę w Katedrze Chemii Nieorganicznej rozpoczął już w 1948 roku jako młodszy asystent jeszcze w trakcie studiów a swoją pierwszą strukturę krystaliczną kompleksu otrzymanego przez magistra Andrzeja Cygańskiego zaczął badać w roku 1954 raczej przypadkowo. A było to tak.
Katedra Chemii Nieorganicznej otrzymała w ramach pomocy rządu francuskiego aparat rentgenowski do badań dyfrakcyjnych znanej firmy CGR. Aparat ten był dosyć skomplikowany. M.in. lampa rentgenowska zawierała wymienialne anody, co wymagało odpompowywania powietrza po każdej wymianie anody w celu wytworzenia próżni i utrzymywania jej w trakcie pomiaru. Generator był zatem wyposażony w układ próżniowy z pompą i dotarł do Politechniki w częściach. Profesor Józefowicz, Kierownik Katedry Chemii Nieorganicznej, polecił zmontowanie aparatu swojemu asystentowi (niech jego nazwisko pozostanie tajemnicą), który miał inne zainteresowania i perspektywa badań strukturalnych nie pociągała go zupełnie. W rezultacie aparatu nie zmontował. Uczynił to ówczesny magister inżynier Gałdecki, który oprócz wielkich zdolności intelektualnych miał również nieprzeciętne talenty manualne i umiejętności mechanika i elektryka w jednej osobie, a ponadto nie lubił, gdy coś się marnowało. W rezultacie nie tylko zmontował aparat ale też zaczął go stosować a przy okazji, czytając instrukcję aparatu, nauczył się języka francuskiego. Można podejrzewać, że pewne znaczenie dla takiej kolei rzeczy miały wykłady profesora Tadeusza Jerzego Wojno, których słuchał student Gałdecki. Profesor Wojno był od 1920 roku profesorem krystalografii, mineralogii i petrografii na Politechnice Warszawskiej a po powstaniu Politechniki Łódzkiej w 1945 roku został pierwszym dziekanem Wydziału Chemicznego. Jego skrypt do wykładu z krystalografii i mineralogii, spisany z notatek sporządzonych przez słuchaczy wykładów i wydany przez Bratnią Pomoc, stanowił pierwszy podręcznik tego przedmiotu dostępny w trudnych czasach powojennych.
Warto podkreślić, że poza goniometrami służącymi do rejestrowania promieniowania ugiętego na kryształach, w które stopniowo i nie bez problemów wzbogacał się Zespół w latach sześćdziesiątych, pozostałe elementy aparatury rentgenowskiej (przede wszystkim generatory) zostały przerobione przez dr. Gałdeckiego ze złomowanych przez szpitale wojskowe starych aparatów do robienia zdjęć rentgenowskich. Fotograficzne metody rejestracji promieniowania ugiętego na kryształach na tych aparatach były stosowane w Zespole do końca lat siedemdziesiątych a ostatnim doktoratem wykonanym w oparciu o tą technikę był doktorat Marka Główki. Pierwszym dyfraktometrem monokrystalicznym, jakim dysponował Zespół, był aparat P3 Siemensa, zakupiony dopiero w końcu lat osiemdziesiątych. Niedługo po wdrożeniu produkcji wzbogaciliśmy się o dwa dyfraktometry polskiej produkcji (o czym dalej), w których powstaniu duża była zasługa prof. Gałdeckiego. Dzięki temu nastąpił jakościowy i ilościowy „skok cywilizacyjny” w prowadzonych badaniach, który umożliwił Zespołowi osiągnięcie światowego poziomu badań. Obecnie podstawowe aparaty badawcze Zespołu to dwa dyfraktometry monokrystaliczne CCD (jeden wyposażony w przystawkę niskotemperaturową) i dwa polikrystaliczne z przystawkami oraz szeroka gama wysokorozdzielczych spektrometrów oraz różnicowy kalorymetr skaningowy.
Ze względu na konieczność prowadzenia skomplikowanych obliczeń numerycznych, krystalografia przez długi czas była w czołówce nauk wykorzystujących najszybsze i największe komputery. Bywało, że Zespół dysponował lepszym sprzętem obliczeniowym niż Centrum Komputerowe Politechniki. Tak było, gdy dla celów naukowych uzyskaliśmy mimo amerykańskiego embarga mikroVAX380 w 1990 roku. Również w naszym Zespole pojawiły się pierwsze prawdziwe komputery osobiste AMSTRAD w oszałamiającej liczbie dziesięciu sztuk w 1985/86 roku a następnie stacje graficzne IRIS INDIGO R4000 firmy Silicon Graphics. Przyznajemy się również do pisania programów (Bogdan Goliński, Zdzisław Gałdecki, Bernard Luciak) i stosowania taśm perforowanych na komputerach ZAM-2beta, potem kart perforowanych do ODRY 1203 i 1305, RIAD22 i RIAD32, IBM 360 i IBM 370.
Prace naukowo-badawcze zespołu skoncentrowały się na zagadnieniach z dziedziny krystalografii i rentgenografii strukturalnej, krystalografii stosowanej a także metodyki rentgenograficznej, takich jak krystaliczna i cząsteczkowa struktura związków organicznych i kompleksowych ze szczególnym uwzględnieniem połączeń o znaczeniu biologicznym i farmakologicznym, wykazującym właściwości katalityczne; komputerowe modelowanie struktury i projektowanie właściwości związków o znaczeniu farmakologicznym; badania struktury związków o dużym znaczeniu aplikacyjnym, w szczególności leków, barwników i pigmentów organicznych oraz krystalicznych polimerów organicznych i nieorganicznych; programowanie komputerowych obliczeń krystalograficznych i wdrażanie światowych programów krystalograficznych i baz danych dla komputerów dostępnych w kraju. Wraz z rozwojem Zespołu rozszerzał się też zakres badawczy nie tylko na nowe obiekty, ale również na nowe techniki eksperymentalne wykorzystywane w krystalochemii i chemii ciała stałego (różne rodzaje spektroskopii ciał stałych, metody analizy termicznej, w tym metody kalorymetryczne). Rozszerzenie to pozwoliło na rozwiązanie wielu problemów badawczych oraz opracowanie przemysłowo użytecznych materiałów i procedur.
Rozległość tematyczna Zespołu wynikała m.in. z jego dużej liczebności, sięgającej w niektórych latach 30 osób. W sumie przez Zespół „przewinęło się” 50 osób. W latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych poprzedniego stulecia krystalografia strukturalna związków małocząsteczkowych przeżywała niebywały rozkwit i rozwój jakościowy, co znalazło odbicie również w ogromnym dorobku naukowym Zespołu, współpracy międzynarodowej, w licznych stażach zagranicznych i szybkiej karierze naukowej wielu członków Zespołu Rentgenografii Strukturalnej i Krystalochemii. Wystarczy wymienić wszystkich profesorów tytularnych, których było w Zespole w połowie lat dziewięćdziesiątych więcej niż w niejednym Instytucie Politechniki. Oprócz profesora Gałdeckiego, kolejne tytuły otrzymali następujący pracownicy Zespołu, Maria Bukowska-Strzyżewska, Marek Główka, Janina Karolak-Wojciechowska, Tadeusz Bartczak, Michał Wieczorek (od 1989 pracujący na Wydziale Chemii Spożywczej - obecnie Biotechnologii i Nauk o Żywności, następnie w Akademii Jana Długosza w Częstochowie), Grzegorz Bujacz (obecnie na Wydziale Biotechnologii i Nauk o Żywności) i Wojciech Wolf. Kilku członków Zespołu kontynuowało swoją karierę naukową za granicą, m.in. Paweł Grochulski, obecnie Dyrektor i organizator ośrodka synchrotronowego w Saskatoon, Zdzisław Wawrzak z Ośrodka Badań Synchrotronowych w Chicago, Witold Kwiatkowski w Kanadzie i USA, Dariusz Martynowski w USA a Michał Błaszczyk w Cambridge.
Wysoka renoma i ranga Zespołu byłą m.in. zasługą rozległej międzynarodowej współpracy naukowej, która najczęściej wynikała długoterminowych staży naukowych, najczęściej podoktorskich. Początkowo wyjazdy stażowe były możliwe jedynie do Związku Radzieckiego (lata sześćdziesiąte), ale po roku 1970 członkowie Zespołu wyjeżdżali przede wszystkim „na zachód”. Maria Bukowska-Strzyżewska, Zdzisław Gałdecki i Andrzej Korczyński zagraniczne szlify zdobywali na Uniwersytecie im. Łomonosowa w Moskwie (u prof. Poraj-Koszyca), a Michał Wieczorek w Instytucie Krystalografii Radzieckiej Akademii Nauk (u prof. Struczkowa). Pionierem „zachodniego kierunku” był Tadeusz Bartczak, który w wyniku perturbacji politycznych związanych z udziałem Polski w wydarzeniach Czechosłowackich, nie mógł wyjechać do wybranego wcześniej ośrodka w Szkocji. Może i dobrze się stało, gdyż ostatecznie wylądował w 1969 roku w Oxfordzie u prof. Dorothy Hodgkin, laureatki Nagrody Nobla z roku 1964. Kolejne wyjazdy realizowali już w nowej rzeczywistości po 1970 roku Marek Główka (USA, Kanada i Wielka Brytania - Uniwersytety w Buffalo, Calgary, Bath i Cambridge), Michał Wieczorek (Niemcy - Braunschweig), Janina Karolak-Wojciechowska (Irlandia Płn. - Colerain University), Tadeusz Bartczak (oprócz Oxfordu USA - Notre Dame University i Northwestern University), Wojciech Wolf (Berlin Zachodni i Wielka Brytania - Freie Universität na stypendium Humboldta i Daresbury Laboratory), Andrzej Olczak (Wielka Brytania – University of Manchester u prof. J. Helliwella) i Waldemar Maniukiewicz (USA, Hiszpania, Francja - stypendium Fulbrighta, Buffalo, CSIC w Barcelonie, Universite Henri Poincare w Nancy).
Do najważniejszych osiągnięć zespołu należy zaliczyć znaczący wkład do światowej krystalografii w zakresie struktury wielu klas związków, przede wszystkim fosforoorganicznych, kompleksów miedzi, steroidów, pochodnych hydantoiny i imidów kwasu bursztynowego o działaniu przeciwdrgawkowym, ligandów receptora benzodiazepinowego, analogów lidokainy i innych związków o działaniu przeciwarytmicznym, tuberkulostatyków, teofilin, porfiryn, peptydów, cynolin i pochodnych triazyny; badania struktury białek i ich kompleksów z ligandami; badania kompleksów metali ciężkich oraz grup głównych. Przy czym ten wkład nie ograniczał się do opracowanie krystalochemicznych prawidłowości, ale wskazywał na zależności między strukturą w właściwościami, przede wszystkim farmakologicznymi (SAR i QSAR), w wyniku czego proponowane były modyfikacje o korzystniejszym działaniu.
Szczególnie cenne były wyniki dotyczące struktury, konformacji i aktywności biologicznej nowych półsyntetycznych steroidów (współpraca z Medical Foundation of Buffalo, USA), której zwieńczeniem było nadanie przez PŁ doktoratów honoris causa nobliście Herbertowi Hauptmanowi (w 1992) i Wiliamowi Duaxowi - poprzedniemu przewodniczącemu Międzynarodowej Unii Krystalograficznej (w 1999).
Inne warte odnotowania naukowe osiągnięcia to opracowanie metodyki przewidywania działania na centralny układ nerwowy potencjalnych antykonwulsantów w oparciu o badania strukturalne; opracowanie zależności między parametrami strukturalnymi a czasem blokady receptora na kanale sodowym dla związków o działaniu przeciwarytmicznym typu I; zaproponowanie warunków koniecznych występowania właściwości tuberkulostatycznych dla pochodnych estrów kwasów ditiokarbazowych, wyjaśnienie mechanizmów wielu reakcji na podstawie analizy strukturalnej substratów i produktów (często również nietrwałych przejściowych adduktów).
W zakresie badania katalizatorów i mechanizmów reakcji katalitycznych warto wspomnieć o zaprojektowaniu i określeniu mechanizmu działania (w oparciu o badania strukturalne) efektywnych katalizatorów reakcji redoks, izomeryzacji oraz metatezy.
Oprócz prac opartych głównie o rentgenowską analizę strukturalną w Zespole opracowano nowatorskie metody sterowania składem i geometrią wewnętrznej sfery koordynacyjnej za pomocą zewnątrzsferowych cząsteczek organicznych, unikalne metody syntezy nowych związków koordynacyjnych o zadanych właściwościach (magnetycznych, nieliniowych optycznie, chromotropicznych) na drodze podstawienia nukleofilowego in situ wewnątrz liganda, oraz innowacyjne metody bezrozpuszczalnikowej syntezy substancji czynnych.
W rezultacie tych badań członkowie Zespołu opublikowali w czasopismach o zasięgu ogólnoświatowym ponad tysiąc oryginalnych prac a także przetłumaczyli na język polski i napisali kilka książek oraz skryptów z zakresu rentgenografii strukturalnej, krystalografii i krystalochemii, co było szczególnie ważne na początku rozwoju krystalografii w Polsce. Na szczególną uwagę zasługuje przetłumaczona przez dr inż. Z. Gałdeckiego i wdana w 1963 roku książka L.V.Azaroffa „Struktura i właściwości ciał stałych”.
Zespół miał też istotne osiągnięcia we współpracy z przemysłem, przede wszystkim w badaniach polimorfizmu leków oraz określaniu zależności działania farmakologicznego od odmiany polimorficznej (dawniej z kilkoma zakładami farmaceutycznymi POLFA, obecnie głównie dla POLPHARMY), które przyczyniły się do udoskonalenia kilku technologii w przemyśle farmaceutycznym, np. „Metindolu” (lek przeciwreumatyczny). Mieliśmy też swój udział w opracowaniu metody otrzymywania leku przeciw nadkwaśności („Alugastrin”). Warto też wspomnieć określenie zależności wartości przemysłowej i technologicznej siarki nierozpuszczalnej do jej składu alotropowego i krystaliczności alotropów łańcuchowych dla przemysłu siarkowego w latach siedemdziesiątych. Dotychczasowa współpraca na tym polu zaowocowała około kilkunastoma patentami, z których pięć zostało wdrożonych.
Ważnym osiągnięciem Zespołu, a zwłaszcza jego Kierownika – prof. Z. Gałdeckiego, była znacząca rola w rozwoju polskiej krystalografii realizowana poprzez organizowanie i współorganizowanie szkół krystalograficznych, corocznych konwersatoriów i innych konferencji, adaptacja do komputerów osobistych i wdrożenie w kraju wielu światowych systemów komputerowych programów krystalograficznych, co przyczyniło się do znacznej intensyfikacji badań w dziedzinie rentgenografii strukturalnej w całym kraju (w tym zakresie zespół stał się w kraju jednostką wiodącą) oraz adaptacja i rozpowszechnienie w kraju ogólnoświatowej, niezbędnej w badaniach strukturalnych związków małocząsteczkowych bazy danych strukturalnych CSD. Trzeba zaznaczyć, że dzięki tym zasługom w Instytucie zlokalizowane jest Narodowe Centrum Afiliowane przy Cambridge Crystallographic Data Centre, którego wieloletnim dyrektorem był prof. Gałdecki a od 1994 roku jest prof. Główka. Z Bazy tej korzysta na zasadzie licencji około 50 ośrodków naukowych w Kraju.
Sądzę jednak, że największym osiągnięciem w tym obszarze Zespołu, a ściślej mówiąc prof. Zdzisława Gałdeckiego, był bardzo aktywny udział w opracowaniu koncepcji i zbudowaniu polskiego dyfraktometru monokrystalicznego, którego głównymi konstruktorami zostali wrocławscy krystalografowie, doktorzy Damian Kucharczyk i Mariusz Malinowski (Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN), którzy w 1993 roku założyli KUMA Diffraction (od początkowych liter nazwisk konstruktorów). Środki finansowe na kilkuletnie prace nad tym dyfraktometrem pochodziły z resortowego programu badawczego, kierowanego przez wiele lat przez profesora Gałdeckiego. Dyfraktometr okazał się tak doskonały, że Firma wraz z konstrukcją została przejęta kolejno przez duże światowe koncerny produkujące aparaturę naukową (z Oxford Instruments w 2001 r. powstał Oxford Diffraction, wchłonięty w 2010 r. przez Agilent Technologies) i do dzisiaj jest znaczącym producentem dyfraktometrów.
Powyższe osiągnięcia były też możliwe dzięki ofiarnej pracy wielu niewymienionych dotychczas pracowników, zwłaszcza technicznych. Warto więc wymienić chociaż najdłużej pracujących (w kolejności alfabetycznej): Andrzeja Fruzińskiego, Zbigniewa Górkiewicza, Krystynę Kozłowską, Krystynę Krajewską (Rydza), Jerzego Perkę, Jana Ryla, Lesława Sieronia, Edwarda Sztajnerta, Marka Tomczaka, Halinę Trzeźwińską i Krystynę Zagajewską spośród dwudziestu, jacy kiedykolwiek pracowali w Zespole. Wśród nich byli nie tylko chemicy ale też fizycy, matematycy i informatycy, wielu z nich ze stopniem doktora. Tak duża liczba pracowników oraz różnorodność ich wykształcenia wynikały ze stosowania skomplikowanej aparatury badawczej, trudno dostępnych serwisów, bardzo zaawansowanych programów obliczeniowych oraz długiego czasu badań. Przykładowo, na początku lat siedemdziesiątych zbieranie danych dyfrakcyjnych metodami fotograficznymi, ich obróbka i obliczenia dla jednego związku trwało około roku, po uzyskaniu pierwszego dyfraktometru czas ten wynosił około miesiąca, a obecnie kilka dni. Jeszcze krystalografia nie zginęła.
Marek L. Główka, Łódź, kwiecień, 2014 r.