Reakciómechanizmusok és katalízis (K1) | Kémiai Tudományok Doktori Iskola

Programvezető: Dr. Fábián István, egyetemi tanár.

A programban résztvevő oktatók:

• Bazsa György
• Bényei Attila
• Horváth Henrietta
• Hollóczki Oldamur
• Kathó Ágnes
• Czégéni Csilla Enikő
• Papp Gábor
• Tóth Zoltán
• Udvardy Antal
• Joó Ferenc
• Dudás Zoltán
• Fábián István 
• Kalmár József
• Len Adél
• Lihi Norbert
• Forgács Attila
• May Nóra

Kutatási témák

Fémorganikus katalízis vizes közegben és alkalmazása szerves kémiai szintézisekben. Katalitikus oldatreakciók mechanizmusa. Összetett kinetikájú redoxi reakciók mechanizmusa. Funkcionalizált aerogélek szintézise és jellemzése. Molekuláris katalizátorok heterogenizálása. Szilárd fázisú reakciók. Röntgendiffrakciós szerkezetvizsgálat alkalmazása a szupramolekuláris kémiában. Szerkezet-meghatározás pordiffrakciós adatokból. Gyógyszer-hatóanyagok polimorfizmusának vizsgálata. Számítógépes molekulamodellezés.

A Doktori Program leírása

A program a nagy hagyományú reakciókinetikai, valamint anyagtudományi kutatások eredményeire épül.

A homogén katalízis kutatások terén vizsgáljuk a vizes közegű fémorganikus katalízis feltételeit és alkalmazásait (pl. hidrogénezés, deuterálás, redoxizomerizáció, szén-szén keresztkapcsolások), továbbá a szén-dioxid és a nitrogén-oxid homogénkatalitikus átalakításait. Oldható katalizátorként elsősorban tercier foszfin, N-heterociklusos karbén és hidrogénezett szalén (szalán) ligandumokat tartalmazó platinafém-komplexeket alkalmazunk, melyek szintézise és jellemzése alapvető jelentőségű kutatásainkban. Stabilizált fémkolloidokat állítunk elő és tanulmányozzuk azok felhasználását vizes közegben is hatékony hidrogénező katalizátorokként. Mikrofluidikai elven működő hidrogénező reaktor, továbbá a mikrohullámú aktiválás alkalmazásával keressük új típusú szerves szintézisek lehetőségeit. A szilárd fázisú reakciókat elsősorban új ligandumok és katalitikusan aktív fémkomplexek előállítására, valamint ismert katalizátorok egyszerű és gyors előállítási módszereinek kidolgozására alkalmazzuk. Az eredmények alapján új kémiai hidrogéntárolásra alkalmas reakciórendszereket fejlesztünk ki. Bolygóműves- és vibrációs-golyós malmok felhasználásával sztenderdizált őrlési programokat dolgozunk ki mechanokémiai reakciókhoz. 

Az összetett kinetikájú redoxireakciók mechanizmuskutatása során a következő témaköröket tanulmányozzuk: a klór, a kén(IV), az oxiklór és peroxo vegyületek, valamint a reaktív oxigén gyökök (ROS) redoxireakciói; szubsztituált 1,10-fenantrolin- N-oxidok szintézise, jellemzése és koordinációs kémiája; az O2 aktiválása; a ROS-ok koncentrációját szabályozó metalloenzimek modellezése. A kutatások során i) azonosítjuk és jellemezzük a reaktív köztitermékeket; ii) részleteiben feltárjuk a reakciórendszerek kinetikai sajátságait és meghatározzuk az egyes lépésekre a sebességi egyenletet; iii) azonosítjuk a domináns reakcióutakat; iv) feltárjuk az egymással versengő reakcióutak közötti kinetikai csatolásokat; v) az összes kísérleti adat együttes kiértékelésével részletes modelleket dolgozunk ki a kinetikai és sztöchiometriai sajátságok értelmezésére. Az eredmények hasznosulhatnak az említett vegyületek gyakorlati alkalmazásai – környezeti kémia, ivó- és szennyvízkezelés, szürke vizek újrahasznosítása, fertőtlenítés, fehérítés, nagy hatékonyságú ipari oxidációs eljárások stb. – során, illetve lehetővé teszik különböző in vivo redoxifolyamatok kémiai hátterének megértését is.

Az aerogélek kutatása során optimalizált módszereket dolgozunk ki olyan nagyporozitású anyagok szintézisére, melyek alkalmasak többek között a következő alkalmazások megvalósítására: toxikus fémionok eltávolítása vízből és levegőből; speciális az űrtechnológiában is alkalmazható hőszigetelő rendszerek létrehozása; nagyhatékonyságú heterogén katalizátor rendszerek kialakítása; mesterséges aktív csontpótlás; új gyógyszerhordozók kifejlesztése, enzimek immobilizálása; fotokatalitikus aerogél hibrid rendszerek előállítása. Részletesen tanulmányozzuk az aerogélek összetétele, szerkezete és különböző fizikai és kémiai sajátságai közötti összefüggéseket. Az eredmények alapján lehetőség nyílik speciális tulajdonságú új funkcionalizált anyagok tervezésére és előállítására.

 
Szorosan csatlakozik az említett kutatási területekhez az előállított új vegyületek, heterogén katalizátorok és aerogélek szerkezetvizsgálata. Ehhez egykristály röntgendiffrakciós szerkezetvizsgálati módszert alkalmazunk. A szilárd halmazállapotú anyagok tanulmányozásának a további területei: szupramolekuláris kémia, szerkezet-meghatározás pordiffrakciós adatokból, és a gyógyszer-hatóanyagok polimorfizmusának vizsgálata.

A programhoz tartozó valamennyi kutatási területen a kísérleti adatok alátámasztására kiterjedten alkalmazzuk a számításos kémia módszereit is. Emellett számítógépes molekulamodellezési módszerekkel vizsgáljuk a nanoműanyagok környezetre és emberi egészségre gyakorolt hatását. Ezek a kutatások hozzájárulnak annak megértéséhez, hogy a nanoműanyagok milyen kölcsönhatásba lépnek a biomolekulákkal és hogyan változtatják meg a fehérjék másodlagos szerkezetét, illetve a sejtmembránok struktúráját. Az eredményeket felhasználva tisztázni kívánjuk, hogy az említett kölcsönhatások milyen módon járulhatnak hozzá különböző neurodegeneratív betegségek kialakulásához.

A Kémia Doktori Iskola Tanácsának döntése értelmében ezen a programon belül folynak a kémia alap-, közép- és felsőfokú oktatásának didaktikai kérdéseivel foglalkozó kutatások. Kiterjedt elemzésekkel vizsgáljuk az oktatás szerepét az ifjúság, illetve a felnőtt lakosság kémiai ismereteinek, szemléletmódjának kialakításában, a szakember-utánpótlás biztosításában. Általános és középiskolás tanulók körében rendszeres felméréseket végzünk a fogalmi fejlődést meghatározó tényezők (tankönyv, tanítási módszer, hétköznapi tapasztalatok stb.) hatásának és szerepének megismerésére. Célunk a tanulókat leginkább jellemző tudásszerkezet feltárása a tudástérelmélet és a szóasszociációs módszerek felhasználásával. 
 

Doktori kurzusok