témavezető: Mándi Attila
helyszín (magyar oldal): Kémia épület Szerves Kémiai Tanszék E-412, E-424 helyszín rövidítés: E-412
A kutatási téma leírása:
A kémiai reakciók mechanizmusának, a lehetséges termékekhez vezető átmeneti állapotok szerkezetének és energetikájának, illetve a reaktánsok és termékek geometriai és energetikai jellemzésének, azaz egy reakció termodinamikájának és kinetikájának megismeréséhez jelentős segítséget nyújthatnak az in silico módszerek. Ab initio és sűrűségfunkcionál (DFT) módszerek segítségével célozzuk különböző, egyetemünkön kísérletesen is vizsgált szerves kémiai (ciklokondenzációs, Diels-Alder, Knoevenagel, [1,5]-hydride shift, ill. gyökös) reakciók feltérképezését, a regio- és sztereoszelektivitás magyarázatát. A hallgató a kvantumkémiai módszerekkel megismerkedve saját téma keretében vizsgálná 1-2 szerves kémiai reakció mechanizmusát.
Az optikailag aktív molekulák sztereokémiájának meghatározása (abszolút konfiguráció (AC) és konformáció) a szerkezet-meghatározás utolsó lépése. Az AC ismerete különösen fontos farmakológiailag aktív vegyületek esetén, ugyanis számos példa ismert az irodalomban arra, hogy egy királis molekula két enantiomere eltérő biológiai hatást mutat. Az enantiomerek sztereokémiájának azonosítására alkalmas, általánosan használható kiroptikai módszerek a fény és anyag kölcsönhatásán alapulnak. E kiroptikai módszerek egyike az elektronikus cirkuláris dikroizmus (ECD) spektroszkópia, melynek lényege, hogy az optikailag aktív, nem racém anyagnak eltérő elnyelése van a balra és a jobbra cirkulárisan poláris fényre, ami a cirkuláris dikroizmus jelenségében és az ECD spektrumban nyilvánul meg. Az AC meghatározásához ezt a spektrumot mérjük kísérletesen és számoljuk kvantumkémiai módszerekkel. Az ECD spektrum nem csak az AC-tól, de a konformációtól is függ, ezért fontos a konformerek szerkezetének és eloszlásának minél pontosabb ismerete. Ehhez kezdeti alacsony szintű konformációs keresésben kapott, gyakran nagyszámú konformert magasabb kvantumkémiai szinten optimálni szükséges az energiaértékek pontos becsléséhez. Ezt követően az alacsony energiájú konformerekre ECD számítást végzünk, a számolt spektrumokat pedig Boltzmann súlyozva hasonlítjuk a mért spektrumhoz, és jó egyezés esetén nagy valószínűséggel meghatározható az AC. A hallgató a konformációs analízis és spektrumszámítás módszereit elsajátítva bekapcsolódna külföldi és belföldi együttműködések keretében természetes és izolált származékok sztereokémiai vizsgálatába, illetve a mért és számolt spektrumok egyezését javítandó, molekuladinamika alapú ECD módszerek fejlesztésébe.
Bonyolultabb esetekben, ahol legtöbbször a nagyfokú flexibilitás okozza a problémát, egyetlen oldat fázisú kiroptikai módszer nem elegendő az AC meghatározásához. Ilyen esetekben több módszer kombinációja (pl. ECD, VCD, OR), illetve szilárd módszerek alkalmazása vezethet eredményre. A hallgató megismerkedne a kiroptikai módszerek (oldat és szilárd fázisban) mérésével és további kiroptikai paraméterek számítási módszereivel. A relatív konfiguráció bizonytalanságait eldöntendő, NMR paraméterek számításával.
Az eredményeket jeles nemzetközi folyóiratokban (J. Nat. Prod., Eur. J. Org. Chem., Org. Lett., Chirality, stb.) tervezzük publikálni.
előírt nyelvtudás: angol további elvárások: alapvető sztereokémiai, spektroszkópiai, valamint Linux és programozási ismeretek