„Bolyaisok” – Czakó Gábor elméleti kémikus
Czakó Gábor Junior Prima díjas elméleti kémikus, az MTA doktora és a Szegedi Tudományegyetem egyetemi docense alapvető kémiai reakciók dinamikáját és mechanizmusait kutatja a legmélyebb atomi és molekuláris szinten. Az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíját 2014-ben nyerte el az ELTE munkatársaként, majd 2015-ben a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékén megalapította az Elméleti Reakciódinamika Kutatócsoportot, amely 2019-ben elnyerte az MTA Lendület programjának támogatását is. Mára a kutatócsoport a világ élvonalába tartozik az elméleti reakciódinamika területén, amit a Bolyai-ösztöndíjas évek sikeres kutatásai alapoztak meg. Eredményei ismertetésével folytatjuk a legsikeresebb Bolyai-ösztöndíjasok bemutatását.
Czakó Gábor Fotó: u-szeged.hu„Az elméleti reakciódinamika a fizika törvényeinek, valamint a matematika és az informatika eszköztárának alkalmazásával lépésről lépésre követi az atomok mozgását egy kémiai átalakulás során, ezáltal feltárhatjuk a reakciók mechanizmusát, ami lehetőséget ad a folyamatok irányítására is” – mondta el Czakó Gábor. A kutató számára a Bolyai-ösztöndíjas időszak mindjárt egy komoly eredménnyel indult a reakciódinamika területén: Szabó István PhD-hallgatóval együtt
felfedezték az egyik legalapvetőbb kémiai reakciócsalád, a bimolekuláris nukleofil szubsztitúció (SN2) egy új mechanizmusát,
amely a dupla inverzió nevet kapta (1. ábra).
1. ábra Az SN2 reakciók új mechanizmusa, a dupla inverzióA Nature Communications folyóiratban közölt eredmények jelentős nemzetközi figyelmet keltettek: az eredeti publikációra már közel 100 hivatkozás érkezett. Az SN2 reakciókra végzett számításaik a metodikai fejlesztéseiknek köszönhetően
új fejezetet nyitottak az ion-molekula reakciók elméleti vizsgálatában.
Külföldi együttműködő partnereikkel a legpontosabb kvantumdinamikai számításokat végezték egy SN2 reakcióra, először adták meg az elölről támadásos komplex képződésének kvantitatív leírását SN2 reakciókban, és minden korábbinál jobb egyezést értek el az elméleti és kísérleti eredmények összehasonlítása során.
Azonban nem csak az SN2 reakciók esetén sikerült jelentős eredményeket elérnie Czakó Gábornak és kutatócsoportjának: tajvani partnereikkel együtt
először közöltek egy kísérleti módszert a klóratom és a metán reakciója során fellépő energiagát alakjának meghatározására.
Ehhez a munkához az elméleti hátteret Czakó Gábor számításai adták. A fent részletezett kutatások eredményeit a világ vezető tudományos folyóiratai közölték, a Nature Communications mellett két publikációja jelent meg a Nature Chemistry folyóiratban.
Összesen 16 cikket publikált a Bolyai-ösztöndíjas időszak alatt, amelyek összesített impaktfaktora 119. Publikációi száma mára közelít a százhoz, és a magyar kémikusok közül egyedüliként levelező szerzős cikke jelent meg a Science, a PNAS, a Nature Chemistry és a Nature Communications folyóiratok mindegyikében. Az ösztöndíjas időszak végén az Amerikai Kémiai Társaság fizikai-kémiai folyóiratának szerkesztői felkérték egy összefoglaló cikk megírására, amely a Bolyai-ösztöndíjasként elért eredményeket emeli reflektorfénybe.
2017-ben, 36 évesen megvédte az MTA-doktori értekezését, amely szintén az ösztöndíjas időszak alatt készült. Jelenleg egy 16 fős kutatócsoportot vezet a Szegedi Tudományegyetemen, és számos PhD-, MSc- és BSc-hallgató munkáját irányítja. Mint fogalmazott, reméli, hogy hamarosan már tanítványai csatlakozhatnak a Bolyai-ösztöndíjasok táborához.
Publikációk az ösztöndíjas időszak alatt
[1] G. Czakó, Quasiclassical trajectory study of the rotational mode specificity in the O(3P) + CHD3(v1=0,1, JK) → OH + CD3 reactions, J. Phys. Chem. A 118, 11683 (2014)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp509891w
[2] I. Szabó and G. Czakó, Revealing a double-inversion mechanism for the F- + CH3Cl SN2 reaction, Nat. Commun. 6, 5972 (2015) https://www.nature.com/articles/ncomms6972
[3] B. Zhang, K. Liu, and G. Czakó, Correlated dynamics of the O(3P) + CHD3(v = 0) reaction: A joint crossed-beam and quasiclassical trajectory study, J. Phys. Chem. A 119, 7190 (2015)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp510377k
[4] I. Szabó and G. Czakó, Double-inversion mechanisms of the X- + CH3Y [X,Y = F, Cl, Br, I] SN2 reactions, J. Phys. Chem. A 119, 3134 (2015)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.5b00988
[5] H. Wang, Y. Qiu, G. Czakó, and H. F. Schaefer III, Pathways for the OH + Cl2 → HOCl + Cl and HOCl + Cl → HCl + ClO reactions, J. Phys. Chem. A 119, 7802 (2015)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.5b01273
[6] I. Szabó, H. Telekes, and G. Czakó, Accurate ab initio potential energy surface, thermochemistry, and dynamics of the F- + CH3F SN2 and proton-abstraction reactions, J. Chem. Phys. 142, 244301 (2015)
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4922616
[7] I. Szabó and G. Czakó, Rotational mode specificity in the F- + CH3Y [Y = F and Cl] SN2 reactions, J. Phys. Chem. A 119, 12231 (2015)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.5b06212
[8] M. Stei, E. Carrascosa, M. A. Kainz, A. H. Kelkar, J. Meyer, I. Szabó, G. Czakó, and R. Wester, Influence of the leaving group on the dynamics of a gas-phase SN2 reaction, Nature Chem. 8, 151 (2016)
https://www.nature.com/articles/nchem.2400
[9] Y. Wang, H. Song, I. Szabó, G. Czakó, H. Guo, and M. Yang, Mode-specific SN2 reaction dynamics, J. Phys. Chem. Lett. 7, 3322 (2016)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.6b01457
[10] I. Szabó and G. Czakó, Mode-specific multi-channel dynamics of the F- + CHD2Cl reaction on a global ab initio potential energy surface, J. Chem. Phys. 145, 134303 (2016)
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4963664
[11] B. Olasz, I. Szabó, and G. Czakó, High-level ab initio potential energy surface and dynamics of the F- + CH3I SN2 and proton-transfer reactions, Chem. Sci. 8, 3164 (2017)
https://doi.org/10.1039/C7SC00033B
[12] V. Tajti and G. Czakó, Benchmark ab initio characterization of the complex potential energy surface of the F- + CH3CH2Cl reaction, J. Phys. Chem. A 121, 2847 (2017)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.7b01572
[13] I. Szabó, B. Olasz, and G. Czakó, Deciphering front-side complex formation in SN2 reactions via dynamics mapping, J. Phys. Chem. Lett. 8, 2917 (2017)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.7b01253
[14] I. Szabó and G. Czakó, Benchmark ab initio characterization of the complex potential energy surface of the Cl- + CH3I reaction, J. Phys. Chem. A 121, 5748 (2017)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.7b05503
[15] H. Pan, F. Wang, G. Czakó, and K. Liu, Direct mapping of the angle-dependent barrier to reaction for Cl + CHD3 using polarized scattering data, Nature Chem. 9, 1175 (2017)
https://www.nature.com/articles/nchem.2858
[16] I. Szabó and G. Czakó, Dynamics and novel mechanisms of SN2 reactions on ab initio analytical potential energy surfaces, J. Phys. Chem. A 121, 9005 (2017)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.7b08140
A témához kapcsolódó cikkeink
„Bolyaisok” – Kovács-Hostyánszki Anikó ökológus
A növényi biodiverzitás megőrzéséhez és az invazív növényfajok elleni védekezéshez járulhatnak hozzá Kovács-Hostyánszki Anikó ökológus, az Ökológiai Kutatóközpont Lendület Ökoszisztéma-szolgáltatás Kutatócsoportja főmunkatársának kutatásai. Az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjat két ízben is elnyerő kutatónő tudományos eredményeinek ismertetésével folytatjuk a Bolyai-ösztöndíjasokat bemutató sorozatunkat. Ebben azokat a kutatókat ismerhetik meg, akik a támogatásnak is köszönhetően végezték, illetve végzik tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Manczinger Máté kutatóorvos
A tumorellenes immunterápia hatékonyságának javításához járulnak hozzá azok a tudományos eredmények, amelyeket az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja támogatásának is köszönhetően ért el a szegedi orvos. Kutatásai ismertetésével folytatjuk azokat a Bolyai-ösztöndíjasokat bemutató sorozatunkat, akik e támogatásnak is köszönhetően végezték, illetve végzik tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Makk Péter fizikus
A jövő elektronikai eszközeit megalapozó új, alacsony dimenziós nanostruktúrák között kiemelt szerepe van a szén kétdimenziós változatának, a grafénnek. A nagy tisztaságú grafén szerkezetek viselkedését vizsgálja az MTA Bolyai-ösztöndíjának támogatásával Makk Péter, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizika Tanszékének docense. Kutatásai ismertetésével folytatjuk azokat a Bolyai-ösztöndíjasokat bemutató sorozatunkat, akik e támogatásnak is köszönhetően végezték, illetve végzik tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Kövesdi Balázs Géza építőmérnök
A korábbinál biztonságosabb és gazdaságosabban előállítható acélszerkezetű hidak építéséhez járulnak hozzá Kövesdi Balázs Géza, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar docensének kutatási eredményei, amelyeket az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja támogatásával ért el.
„Bolyaisok” – Oláh Judit agrárközgazdász
Miképp befolyásolja a felhasznált természeti erőforrások piaci ára az előállított termékek költségszerkezetét? Milyen tényezők állnak a kőolaj- és fémárak alakulása mögött, és az milyen hatással van a fogyasztói árindexre? Milyen valós kockázatot hordoznak magukban a kimerülő természeti erőforrások? Oláh Judit agrárközgazdász, a Debreceni Egyetem Gazdaságtudományi Karának egyetemi docense a fenti kérdésekkel kapcsolatos összefüggéseket kutatja az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíj segítségével.
„Bolyaisok” – Serfőző Szabolcs művészettörténész
Az elmúlt évtizedek hazai történeti és művészettörténeti kutatásai kevés figyelmet fordítottak a kora újkori Habsburg-reprezentáció emlékeire. E hiány pótlásához szeretne a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíja támogatásával hozzájárulni Serfőző Szabolcs, a Magyar Nemzeti Múzeum - Történelmi Képcsarnok munkatársa. Egy olyan tanulmánykötet kéziratán dolgozik, amely áttekintést nyújt a Habsburg-dinasztia 1526 és 1780 közötti magyarországi reprezentációjáról.
„Bolyaisok” – Vaderna Gábor irodalomtörténész
Lehet-e újat mondani Berzsenyi költészetéről? Milyen kontextusban mit jelentettek Berzsenyi versei a kortársak számára? Vaderna Gábor Bolyai-ösztöndíjas irodalomtörténész eddig ismeretlen kéziratok feldolgozásával igyekszik tisztázni a költő verseinek keletkezéstörténetét.
„Bolyaisok” – Fodor László jogtudós
A Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíja magas presztízsű, teljesítmény-központú, országos ösztöndíj. Az mta.hu új sorozatában olyan kutatókat mutatunk be, akik e támogatásnak is köszönhetően folytatták tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan. Fodor László jogász, a Debreceni Egyetem Állam- és Jogtudományi Karának professzora a környezetvédelem alkotmányjogi alapjait és a fenntartható energiarendszerek jogi szabályozási kérdéseit vizsgálta Bolyai-ösztöndíjasként.
