Vegyszerek nélkül is lehet kémiai eredményeket elérni – állítja az SZTE Czakó-csoportja

Világsiker a kémiában, hogy az SZTE Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékén Czakó Gábor kutatócsoportja már kilenc atomból álló összetett rendszerben is pontosan követni tudja az atomi mozgást. Az ezt leíró cikket 2021. augusztus 9-én publikálta a legrangosabb kémiai folyóirat, a Nature Chemistry.

Hogyan játszódnak le a kémiai reakciók atomi szinten? Miként bomlanak föl régi és alakulnak ki új kémiai kötések? Az elméleti kémia miként segítheti a kísérleti tudományokat? Ezekre a kérdésekre ad választ a Nature Chemistry szaklapban megjelent cikk, amely az elméleti kémikus Czakó Gábornak, az SZTE Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék egyetemi docensének, valamint két doktoranduszának – Tajti Viktornak és Győri Tibornak –, illetve az Innsbrucki Egyetem néhány kutatójának közös munkája.

„Fontos, hogy minden atom mozgását követni tudjuk egy kémiai reakcióban. Hat atomból álló rendszerek nagy pontossággal csak a 2010-es évek óta szimulálhatók. Ilyeneket a Nature Chemistry folyóiratban 2016-ban és 2017-ben már közöltünk” – emlékeztetett Czakó Gábor.

2021-re jutott el a tudomány oda, hogy az elméleti kémikusok már kilenc atomból álló összetett rendszerbe is „belelátnak” nagy pontosságú számításaikkal.

„A fluoridion és az etil-klorid reakciója alapvető szerves kémiai folyamat. Ez a reakció akár még ennél is nagyobb rendszerek modelljének tekinthető” – hívta fel a figyelmet Czakó Gábor. „Előrelépést jelent az analóg, hat atomból álló rendszerhez képest, hogy itt két, egymással versengő reakcióút, reakciócsatorna figyelhető meg. Az egyik a szubsztitúciós, azaz a helyettesítéses reakcióút, ahol a fluoridion helyettesíti a kloridiont. A másik az eliminációs reakcióút, amikor a fluorid helyettesíti a kloridiont, de egy hidrogén-fluorid molekula is kihasad a termékből, vagyis három termék keletkezik. A tudomány régi kérdése, hogy az egymással versengő két csatorna közül melyik lesz a nyertes, illetve mindez atomi szinten miként játszódik le.”

Az Innsbrucki Egyetem kutatócsoportja a mérési eredményeiből nem tudta megmondani, hogy melyik csatorna dominál, vagyis melyik csatornán keresztül játszódik le a kilenc atomot érintő kémiai reakció. Ezzel szemben az SZTE elméleti kémikusai által fölépített szimuláció képes a reakcióutak részleteit is megmutatni, mert számolással egyértelműen megmutatható, mi történik az atomok ütközésekor.

„Ezzel a tanulmánnyal szintet léptünk. Ez a legkomplexebb rendszer, amire pontos dinamikai szimulációt és mérést lehet elvégezni. A számítás és a kísérlet menetét leíró cikkünk nyomán mások is alkalmazhatják a módszert hasonló reakciókra. Ez talán segít abban is, hogy a hasonló reakcióutakat megértsük még komplexebb rendszerekben. Csoportunk további célja, hogy növeljük a rendszer méretét” – hangsúlyozta Czakó Gábor.

A Nature Chemistry a legrangosabb kémiai folyóirat, a tudományág teljes spektrumát lefedi. Olyan eredeti kutatási eredményeket közöl, amelyek a kémián belül általános érdeklődésre tartanak számot. Nagy büszkesége az SZTE Czakó-csoportjának, hogy a Nature Chemistry már a harmadik cikküket közli, ami nemcsak egyetemi, de országos szinten is rekordnak örvend.

A témáról további részletek az SZTE hírportálján olvashatók:
https://u-szeged.hu/sztehirek/2021-augusztus/vegyszerek-nelkuli-kemia?objectParentFolderId=19396