Lendületes kutatók elsőként azonosították egy kémiai reakció kísérleti ujjlenyomatát 

A Junior Prima díjas Czakó Gábor, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének egyetemi docense már több mint egy évtizede végez sikeres kutatómunkát az elméleti reakciódinamika területén. Munkája nyomán a kutatók szemei előtt megelevenednek a kémiai reakciókban résztvevő atomok és molekulák, és atomi szintű betekintést nyerhetnek a kémiai átalakulások mechanizmusaiba.

Az elmúlt tíz évben számos publikációja jelent meg hatatomos rendszerek, mint például az atom + metán és halogenid-ion + metil-halogenid reakciók dinamikájáról, amely eredményeket olyan neves folyóiratok, mint a Science, PNAS, Nature Chemistry és Nature Communications közölték. A következő cél pedig egy összetettebb reakció, azaz a kilencatomos F⁻ + CH₃CH₂Cl rendszer vizsgálata volt, ahol az egymással versengő szubsztitúciós (Cl⁻ + CH₃CH₂F) és eliminációs (Cl⁻ + HF + C₂H₄) csatornák elkülönítése évtizedeken keresztül megoldhatatlan feladatnak bizonyult.

Az elméleti módszerekkel azonosított reakciókForrás: MTA-SZTE Lendület Elméleti Reakciódinamika Kutatócsoport

A Roland Wester professzor vezetésével működő kísérleti csoport (University of Innsbruck) elsőként vizsgálta ezt a reakciót keresztezett ion-molekula sugár mérésekkel, viszont a kísérletek a képződött iont (Cl⁻) tudták csak detektálni, így a fent említett két reakciócsatorna kísérleti megkülönböztetésére nem volt lehetőség.

A Czakó Gábor vezetésével működő szegedi Lendület-csoport Tajti Viktor és Győri Tibor PhD hallgatók közreműködésével olyan szimulációkat végzett, amelyek egyértelműen azonosították a két reakcióutat, így a kísérletileg megfigyelt "reakció-ujjlenyomat" is értelmezhetővé vált. Külön érdekesség, hogy a termodinamikailag kedvezőbb szubsztitúciónál nagyobb reaktivitást mutat az elimináció, ami nem a szokásos kinetikai okokra (alacsonyabb gátmagasság), hanem a kedvező támadásiszög-eloszlás kiszélesedésére vezethető vissza. A jelen munka megmutatja, hogy az elméleti modellezés segítségével egy összetett reakció is felbontható egymástól elkülönülő reakcióutakra, amelyek az átalakulások kísérletileg azonosítható jellegzetességeinek megfejtésével azonosíthatóak. A hatatomos rendszerek méretének kilencatomosra való növelésével egy fontos lépés tettek a kutatók a komplex kémiai folyamatok atomi szintű megértése felé.

A Nature Chemistry-cikk magyar szerzői Fotó: Sahin-Tóth István (SZTE NKI)

Az eredményeket bemutató Nature Chemistry közlemény itt érhető el.