Előadó: Benedek Zsolt (SZFI)
Az előadás témája: A kvantumfizika vegyészmérnök szemmel: hogyan tölti ki a „kvantumkémia" a kísérleti adatok közti réseket?
Az előadás időpontja: 2021. május 11., 10 óra
Helyszín: videokonferencia, Microsoft Teams, https://teams.microsoft.com/l/meetup-join/19%3ace423c05cd1543ab9f9905886590ad69%40thread.tacv2/1619098189972?context=%7b%22Tid%22%3a%224d7ddeef-14ff-4911-8c11-401c69384d77%22%2c%22Oid%22%3a%22969d2d4a-5ba8-43f1-bd69-93f0998b025f%22%7d
Összefoglaló:
A kémiai reakciókat egészen a legutóbbi időkig csak a kísérletekből kinyert információk alapján tudtuk tanulmányozni. Bár kísérleti adatokból egy adott kémiai folyamat számos jellemzője megállapítható, ezekből a legtöbb esetben nem következtethető ki egyértelműen a reakció mechanizmusa. Ez nagyban megnehezíti a kémiai reakciók tervezését, hiszen ha nem ismert, hogy mely köztitermékből erednek a nem kívánt folyamatok (melléktermék-képződés, katalizátor deaktiválódása, stb.), beavatkozni sincs lehetőségünk. Mivel a modern számítástechnika eszköztára lehetővé teszi, hogy a laboratóriumi és ipari kémia számára releváns molekuláris rendszerek Schrödinger-egyenletét – észszerű közelítéseket bevezetve – megoldjuk, mechanizmusok felderítésére ma már rutinszerűen alkalmazzák a „kvantumkémiát". Ebben a megközelítésben felvázoljuk a kísérleti adatok alapján elképzelhető reakcióutakat, és összehasonlítjuk azok kvantumkémiával számított energiadiagramját, megkeresve a legvalószínűbb, vagyis legkisebb aktiválási energiát igénylő lépéseket. Ilyen módon tehát a kísérletekből hiányzó információ elméleti úton kipótolható. Előadásomban két korábbi kutatásommal fogom illusztrálni a kvantumkémia hasznosságát. Az első példa a légköri nyomású ammóniaszintézis tervezése. Az ammóniát jelenleg több 100 bar nyomáson gyártják (Haber-Bosch-eljárás); több kísérleti kutatócsoportban is terveztek azonban olyan katalizátorokat, amelyek alkalmazásával ez a folyamat – elméletileg – légköri nyomáson is lejátszódhatna, olcsóbbá és környezetbarátabbá téve a gyártást. Ezt egyelőre lehetetlenné teszik az elkerülhetetlennek látszó mellékreakciók – ezeknek a kvantumkémiai alapú felderítése nagyban elősegítheti a hatékonyság növelését. A második példa az ösztrogén hormonok által indukált rákkeltő utak összehasonlítása. A rákkeltő hatás kísérletileg mérhető mennyiség, azonban egyáltalán nem egyértelmű, hogy a mutációk milyen reakciómechanizmussal alakulnak ki. A lehetséges, mutációhoz vezető reakcióutak kvantumkémiai elemzésével felállítható az utak közti fontossági sorrend, ami segíthet meghatározni a gyógyszerkutatás legjobb eredménnyel kecsegtető irányát.
