Koordinációs és analitikai kémai doktori programok (K2) | Kémia Tudományok Doktori Iskola

Programvezető: Dr. Fábián István, egyetemi tanár.

Kutatási témák

Koordinációs kémiai kutatások bioszervetlen kémiai témakörökben. Orvosdiagnosztikai vizsgálatokban fontos lantanoidák komplexei oxigén- és nitrogéndonor polifunkciósligandumokkal. Elemorganikus kémia. Összetett kinetikájú redoxi reakciók mechanizmusa. Funkcionalizált aerogélek. Szürkevizek újrahasznosítása. Környezetanalitika új kapcsolt technikás műszeres módszerekkel. A mikrofluidika analitikai kémiai alkalmazásai. Környezetszennyezők meghatározása (humán)biológiai és környezeti mintákban. Nagyhatékonyságú mintabeviteli módszerek az atomspektroszkópiában. Elemspeciációs módszerek.

A Doktori Program leírása

A program két korábbi doktori program (koordinációs kémia, valamint környezeti és műszeres analitikai kémia) összevonásával jött létre. Az egyes kutatási területek több szálon kapcsolódnak egymáshoz, az egyes kutatócsoportok által üzemeltetett laboratóriumok egymást kiegészítve és erősítve összetett tudományos programok megvalósítását teszik lehetővé.

A program keretében folyó koordinációs kémiai kutatások legnagyobb területét a bioszervetlen kémiai indíttatású témakörök alkotják. Ezen belül az egyik legkiterjedtebb kutatási terület a létfontosságú nyomelemek (Fe, Cu, Zn, Ni, Co, Mn, Mo) aminosavakkal, peptidekkel és származékaikkal alkotott komplexeinek egyensúlyi és szerkezeti (UV-Vis, CD, ESR, NMR, MS) vizsgálata, amelyek elsődleges célja a fémionok és a neurodegenerativ elváltozások közötti lehetséges összefüggések feltárása. A vizsgált ligandumok egy másik fontos csoportját a hidroxámsavak és származékaik képviselik és az elért eredmények mind a metalloenzimek modellezését, mind az enzimreakciók gátlásának megértését elősegíthetik. Az enzimek szerkezeti és funkcionális modelljeinek kialakításához a ligandumok és komplexek elektrokémiai sajátságainak részletes tanulmányozására is sor kerül. A bioaktív, félszendvics Ru-hidroxamátkomplexek előállítása és szerkezeti jellemzése komoly perspektívákat nyit új humán-gyógyászati alkalmazások kidolgozásában.

A bioszervetlen kémiai kutatások másik nagy területe egyes toxikus elemek (pl. Pb, Pd, Ce, Al, Ga, Tl stb.) és az orvosdiagnosztikai vizsgálatokban fontos fémek (pl. Gd, Tm, Yb, Mn stb.) oxigén- és nitrogéndonor polifunkcionális ligandumokkal alkotott komplexeinek termodinamikai, kinetikai és szerkezeti jellemzése. A lehetséges ligandumok köre magába foglalja az aminofoszfonátokat és foszfinátokat, valamint a különböző funkcionalizált makrociklusos poliaza-polikarboxilátokat. A program része új komplexképzők szintézise, kiválasztott képviselőik kovalens kötéssel aerogél hordozóhoz rögzítése, új aerogél kompozitok előállítása, és a kapott új anyagok koordinációs kémiai, analitikai, kromatográfiás és orvosbiológiai tulajdonságainak, felhasználási lehetőségeinek vizsgálata.

A program részét képezi a fém-fém kötést (Pt-Tl, Pd-Tl, Pt-Sn) tartalmazó komplexek és Mo(VI)-peroxo vegyületek előállítása, szerkezetük és képződési kinetikájuk meghatározása, illetve az új anyagok optikai, elektromos vezetési és mágneses tulajdonságainak jellemzése. Ezen témakörhöz kapcsolódva a multinukleáris 1D és 2D NMR technika alkalmazása jó lehetőséget teremt a fémkomplexek intermolekuláris ligandumcsere és intra-molekuláris izomerizációs folyamatainak vizsgálatára.

Az elemorganikus kémia területén olyan szelektív fémorganikus szintézismódszerek kifejlesztése a cél, amelyek semleges vizes közegben is működőképesek. A fémionok és a ligandumok megfelelő választásával funkciós csoportok szelektív redukcióját, szén-szén kötés kialakítását, valamint természetes eredetű, biológiailag aktív molekulák átalakítását lehet megvalósítani.

A program keretébe tartozik a környezeti kémiai szempontból fontos összetett kinetikájú redoxi reakciók (klór-oxidok, ózon, kén(IV) stb.) részletes mechanizmusának feltárása is. Ezen belül alapvető cél a reakciók főbb törvényszerűségeinek és sztöchiometriájának megismerése, a képződő köztitermékek gyorskinetikai módszerekkel történő azonosítása, jellemzése és a helyes kinetikai modellek megalkotása. Végső soron olyan kinetikai modellek kidolgozására kerül sor, amelyek jól hasznosíthatók az említett vegyületek gyakorlati alkalmazásai – vízkezelés, szürke vizek újrahasznosítása, fertőtlenítés, fehérítés, nagy hatékonyságú oxidációs eljárások stb. – során. Az eredmények lehetővé teszik különböző in vivo redoxifolyamatok kémiai hátterének megértését is.

Az aerogélek funkcionalizálásának célja olyan nagyporozitású rendszerek létrehozása, melyek alkalmasak többek között a következős speciális alkalmazások megvalósítására: toxikus fémionok eltávolítása vízből és levegőből; nagyhatékonyságú heterogén katalizátor rendszerek kialakítása; mesterséges aktív csontpótlás; új gyógyszerhordozók kifejlesztése, enzimek immobilizálása; fotokatalitikus aerogél hibrid rendszerek előállítása.

A környezetanalitika témakörében gáz, folyadék és szilárd alkotók összetételének és kölcsönhatásainak vizsgálata új nyomelemanalitikai, elválasztástechnikai és kapcsolt technikás műszeres analitikai módszerekkel. E vizsgálatok természetes és antropogén eredetű környezetszennyezők, valamint gyógyszerhatóanyagok és metabolitjaik meghatározását célozzák biológiai, humánbiológiai és környezeti mintákban. A kutatások során a minták esszenciális, illetve toxikus nyomelemtartalmának, valamint kis koncentrációkban is potenciálisan biológiai hatású szerves komponenseinek analízisére kerül sor. A vizsgálatok kiterjednek ivóvíz, felszíni és tengervíz, levegőben levő szállóporok és gázalkotók, talajextraktumok, folyami, tavi és lápi üledékek, vérszérum, vér, vizelet, testszövetek, haj, madártoll, élelmiszerek, dohány, dohányhamu, gyógyszerek, gyógyhatású készítmények stb. elemzésére. Példaként említhető a szelén, mint stressz, ill. infarktus kivédő species(-ek) kutatása, az ismeretlen szívhalálokok és a nyomelemháztartás közötti kapcsolat vizsgálata. Humánbiológiai szempontból jelentőséggel bír a hormonháztartást megváltoztató komponensek, az úgynevezett EDC anyagok (endocrine desrupting chemicals) meghatározására alkalmas analitikai módszerek fejlesztése. A környezetanalitika külön területének tekinthető a folyami lápi és tavi üledékek széleskörű rétegvizsgálata, mely adatok segítségével történetileg rekonstruálni lehet a terület környezeti állapotának múltbeli változásait.

A kutatások körébe tartozik nagyhatékonyságú mintabeviteli módszerek kidolgozása és optimálása az analitikai atomspektroszkópiában. E témakörben az impulzus, a flow injection (FIA) mintabevitel, a hidraulikus nagynyomású porlasztás (HHPN), az elektrotermikus elpárologtatás (ETV), a hideggőz (CV) és hidridtechnikás (HG) mintabeviteli módszerek tanulmányozása és alkalmazása szerepel. A módszerfejlesztések egy másik területe az összetett mátrixokban nyomnyi mennyiségben jelenlévő szerves komponensek analíziséhez szükséges mintaelőkészítési eljárások (szeparálás, dúsítás), illetve kapcsolt technikákkal (GC/MS, LC/MS) történő meghatározási módszerek kidolgozása.

Új analitikai területnek számít a környezet- és nyomelemanalitikában az elemspeciációs módszerek bevezetése. Az esszenciális és toxikus nyomelemek összes koncentrációjának meghatározása mellett környezeti és biológiai minták esetén megfelelő módszerek kidolgozására kerül sor az adott nyomelem eltérő vegyértékű és kötésállapotú formáinak elválasztására és az egyes formák nagyérzékenységű on-line vagy off-line detektálására. GC, HPLC és kapilláris elektroforézis (CE), valamint elektrotermikus elpárologtatás (ETV) elválasztó módszerek nagy érzékenységű elemszelektív detektorokkal: FAAS, GFAAS ICP/AES és ICP/MS módszerekkel kombinálva higany, ólom, arzén, króm stb. speciációs analízisét teszik lehetővé különböző eredetű mintákban.

Intenzív kutatások folynak a kapilláris elektroforézis általános és bioanalitikai alkalmazásaival kapcsolatban is. E munka célja a mintabeviteli módszerek tökéletesítése, az elválasztási módszerek hatékonyságának növelése és a fehérjék emésztése során kapott minták analízisével kapcsolatos kérdések tisztázása. Nagy érzékenységű módszerek kidolgozására kerül sor a kapcsolt CE/MS módszer segítségével.

A mikrofluidikai kutatások elsődleges célja olyan analitikai rendszerek kialakítása, melyek a lab-on-a-chip koncepció mentén alkalmasak komplex analitikai kémiai módszerek környezeti, biológiai mintákban gyors és megbízható analízisére.

Doktori kurzusok