A Laboratórium fő célja

ELTE, TTK, Kémiai IntézetMolekulaspektroszkópiai Laboratórium

Laboratórium vezető: Császár Attila, csaszar@chem.elte.hu

A Laboratórium fő célja Új szerkezetvizsgálati módszerek fejlesztése az elméleti és kísérleti molekulaspektroszkópia területén. Légkörkémiai, asztrokémiai és biológiai érdekességű molekulák és molekulakomplexek spektroszkópiai tanulmányozása elméleti és kísérleti módszerekkel.

Fő kutatási módszerekInfravörös, VCD és mátrixizolációs kísérleti molekulaspektroszkópia, nagypontosságú számítógépes molekuláris spektroszkópia, variációs alapú rezgési-forgási színkép számítások, potenciális energia és tulajdonság hiperfelületek meghatározása és alkalmazása.

Egyéb kutatásokBármely olyan kutatás, amely akár tematikusan, akár módszereiben az elméleti kémiához, illetve a kvantumkémiához, valamint a molekula-spektroszkópiához (IR, VCD, MW, NMR) köthető.

BerendezésekMátrixizolációs infravörös spektrométer. Beowulf számítógépes klaszterek.

A földi üvegházhatás tudományos igényességű megértéseA legfontosabb üvegház hatású gázok kis molekulák: H2O, CO2, N2O és CH4. Hatásuk pontos megértéséhez szükséges az összes rezgési-forgási-elektronikus átmenetnek, illetve az ezeknek megfelelő színképeknek az is-merete. (Ezen adatok sok más területen is fontosak, például égések vizsgá-lata, asztrokémia és asztrofizika, valamint kozmológia.) Minthogy az átmenetek száma még háromatomos molekulák esetén is milliárdos nagyságrendű, a megkívánt ismeretek kísérleti meghatározása nem csupán nehézkes, hanem lehetetlen. A feladatra alkalmas számítógépes spektroszkópiai (elektron-szerkezet és magmozgás) eljárások fejlesztése fontos cél, melyet nemzetközi együttműködésben valósítunk meg. Szükséges a potenciális energia (PES) és tulajdonság (pl. DMS) felületek meghatározása, valamint ezek segítségével szintetikus színképek számítása variációs módszerekkel. A különböző területeken folyó fejlesztőmunka főbb eredményei az alábbi programrendszerek:MARVEL: Measured Active Rotational-Vibrational Energy Levels. A programrendszer a kísérletileg mérhető átmenetekből számít empirikus energiaszinteket, a bizonytalanságok megfelelő figyelembe vételével (aktív adatbázisok építése különböző méretű molekulákra, pl. H2O és CH4).DOPI: Discrete variable representation – Orthogonal coordinates – direct Product basis – Iterative diagonalization. Belső koordinátákban dolgozó, három- és többatomos molekulák teljes színképének, valamint spektrosz-kópiai paramétereknek variációs alapon történő meghatározására szolgáló programrendszer.DEWE: Discrete variable representation – Eckart-Watson Hamiltonian – Exact inclusion of PES. Tetszőleges méretű, félmerev molekula színképé-nek meghatározására szolgáló programrendszer.Az említett programrendszerek állandó fejlesztés alatt állnak, hiszen a szükséges számítások heteket-hónapokat, de akár éveket is igényelhetnek, nem beszélve a szükséges PES és DMS felületek ab initio illetve empírikus meghatározásáról.A víz molekulára vonatkozó eredményeinket illetően lásd az alábbi közle-ményt: Science 2003, 299, 539-542.

A belső tagok elérhetősége ábécérendbenCsászár Attila, DSc egyetemi tanár csaszar@chem.elte.huMagyarfalvi Gábor, PhD egy. adjunktus gmagyarf@chem.elte.huTarczay György, PhD egy. adjunktus tarczay@chem.elte.hu

Néhány társult tag elérhetősége ábécérendbenBazsó Gábor III. vegyész bazso.gabor@bolyai.elte.huCzakó Gábor PhD hallgató czako@chem.elte..huFábri Csaba IV. vegyész fabrics2@gmail.comFurtenbacher Tibor PhD hallgató furtibu@chem.elte.huMátyus Edit PhD hallgató ematyus@t-online.huSolt Iván PhD hallgató solt@chem.elte.huSzidarovszky Tamás IV. vegyész tamas821@gmail.com

Áttekintés

Hazai (OTKA) és nemzetközi (EU, USA) kutatási témák témavezetők szerint

Két példa

Császár Attila: Kis molekulák teljes rezgési-forgási spektroszkópiája. Számítógépes molekulaspektroszkópia. Ab initio termokémia. Bio- és biomimetikus molekulák szerkezetvizsgálata.Magyarfalvi Gábor: . Molekulák mágneses tulajdonságainak és a mágne-ses hatásokon alapuló spektroszkópiák (NMR, VCD) elmélete. Mátrixizolá-ciós spektroszkópia. Kvantumkémia parallel számítógépeken.

Peptidmodellek konformációs vizsgálata mátrixizolációs IR és VCD technikákkal

Az alacsonyhőmérsékletű nemesgázba fagyasztott molekulák egymás között illetve a mátrix között fellépő kölcsönhatása jóval kisebb, mint oldószerben. Ennek következménye a jó felbontású, információban gazdag spektrum.

A mátrixizolációs készülék, amely biomolekulák konformereinek vizsgálatára alkalmas.A készülék segítségével reaktív gyököket, reakció intermediereket is tanulmányozhatunk.

Egy peptidmodell oldatban, alacsony hőmérsékletű Ar, Kr mátrixokban felvett spektruma, valamint a számított spektrum. A spektrumok összehasonlításával három konformert sikerült azonosítani.

7000 7500 8000

D

B

Energy / cm -1

AC

Tarczay György: . Mátrixizolációs infravörös spektroszkópiai vizsgálatok. Kis gyökök és instabil rendszerek kvantumkémiai számításokkal segített spektroszkópiai vizsgálata. Konformációs és kiralitás vizsgálatok biomimetikus rendszerekre.

1700 1650 1600 1550 1500

e

Wavenumber / cm-1

d

+ *

+ *

c

b

A

a

Számított

Ar mátrix

Kr mátrix

Oldat (DMSO)

Oldat (CH2Cl2)

L(D) L L

Az MI-IR-VCD spektroszkópiával kapcsolatban elért eredményeinket illetően lásd az alábbi közleményt: Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 118, 1807-1809.