Pórusos anyagokat számos területen használnak elválasztásra, gyógyszerhordozónak, katalizátorként, tárolásra vagy szenzornak. Az un. „Metal Organic Framework” (MOF ) esetén a porózus vázat fémionokhoz kötött szerves molekulák alkotják, melyek háromdimenziós térhálót hoznak létre. Hasonló porózus vázszerkezeteket lehet kialakítani csak szerves molekulákból is. A „Covalent Organic Framework” (COF) üreges szerkezeteket kovalens kötések tartják össze. Előnyük, hogy a molekulák közötti kölcsönhatás erős és a váz nagy stabilitású, azonban hátránynak tekinthető, hogy a váz nehezen alakítható. A kutatások középpontjába ezért olyan porózus vázszerkezetek kerültek, amelyekben a molekulákat gyengébb másodlagos kötőerők (pl. hidrogén hidak) tartják össze (HOF – „Hydrogen bond assisted Organic Framework”). Ez rugalmasabban, finomabban hangolható szerkezetek előállítását teszi lehetővé, hátrányuk viszont, hogy a gyengébb másodlagos kölcsönhatások kisebb stabilitást eredményeznek. Az irodalomban leírt MOF és COF vegyületek többségében a vázalkotó vegyület semleges töltésű, azonban ismertek olyanok is, amelyekben a vázat töltéssel rendelkező molekulák alkotják (ionic –i: iMOF, iCOF). Egy ionos szerves vegyületcsaládot vizsgálva elsőként írtunk le olyan iHOF szerkezeteket, amelyekben töltéssel rendelkező molekulák Coulomb kölcsönhatása stabilizálja a nagy porozitású vázat. A szerves molekulát intramolekuláris kölcsönhatások teszik merevvé, melyek szupramolekuláris kölcsönhatások (a halogenid ion és az aromás rendszer közötti, valamint hidrogén híd) kialakulásával szerveződnek vázszerkezetté. Az üregek a kristály térfogatának 30-40%-át teszik ki, amelyekben oldószermolekulák foglalnak helyet rendezetlenül. Ezek az újonnan előállított anyagok egyesítik a MOF-ok erősebb vázszerkezetének és a HOF-ok rugalmasabb, hangolhatóbb szerkezetének előnyeit. A pórusos vázszerkezetet többféle elrendeződésben (különböző módosulatokban) is sikerült előállítani.

A cikk itt érhető el.

További információ: May Nóra, MTA TTK, Műszercentrum, Kémiai Krisztallográfia Kutatólaboratórium, www.chemcryst.hu

A kutatólaboratórium saját honlap: www.chemcryst.hu

Kutatási területek

I. A „crystal engineering” alapjai

Vizsgálataink középpontjában a molekulák közötti másodlagos kötőerők állnak, melyek befolyásolják a molekulák térbeli elhelyezkedését a kristályrácsban, de hatással lehetnek flexibilis molekulák konformációjára is. A szupramolekuláris kölcsönhatások vizsgálata rávezethet arra, hogy azonos vegyületek miért tudnak többféleképpen is elrendeződni, miért tudnak többféle szupramolekuláris kötésrendszereket kialakítani szilárd fázisban. A másodlagos kölcsönhatások megismerése nélkülözhetetlen a biológiai folyamatok megértésében valamint a nanotechnológiában, a katalízisben, az anyagtudományban, polimerkémiában, a transzport jelenségek megértésében, molekuláris szenzorok, kapcsolók fejlesztésében, határfelületek kémiájában stb.

Témához kapcsolódó pályázatok

NKFIH K 124544: „A „crystal engineering” alapjai: szupramolekuláris kölcsönhatások, polimorfia, hőmérséklet és nyomás”

Kapcsolódó publikációk:

1. Márton Bojtár, András Simon, Petra Bombicz, István Bitter “Expanding the pillararene chemistry: synthesis and application of a 10+1 functionalised pillar[5]arene” Organic Letters(2017) (IF2016: 6.579) 19 (17), 4528–4531 Full text
2. Petra Bombicz „The way from isostructurality to polymorphy. Where are the borders? The role of supramolecular interactions and crystal symmetries.” Crystallography Reviews, 23(2), 118-151 (2017). (IF: 1.600) Full text
3. Klára Aradi, Petra Bombicz, Zoltán Novák “Modular Copper-Catalyzed Synthesis of Chromeno[4,3-b]quinolones with the Utilization of Diaryliodonium Salts” Journal of Organic Chemistry, 81, 920-931, 2016. (IF: 4.849) Full text
4. Resnati G, Boldyreva E, Bombicz P, Kawano M (2015)Supramolecular interactions in the solid state, IUCrJ 2, 675–690  (feature article) (IF: 5.300) Full text
5. Bombicz P*, Gruber T, Fischer C, Weber E, Kálmán A Fine Tuning Of Crystal Architecture By Intermolecular Interactions: Synthon Engineering CrystEngComm16:(18) Pp. 3646-3654. (2014), Invited Paper, Highlight Paper, Cover Page If: 4.034 Full text

II. Kristályosítások szilárd fázisú molekuláris társulások létrehozására

A munka célja szerves kismolekulák, azon belül is főleg gyógyszerhatóanyagok új módosulatainak előállítása és szerkezetük meghatározása, jellemzése az egykristály röntgendiffrakció módszerével. Egy- és többkomponensű rendszerek, zárvány- és kokristályok egykristályainak növesztése különböző laboratóriumi eljárások alkalmazásával. Szerkezetvizsgálat diffrakcióval és termikus módszerekkel. Polimorfia vizsgálat és izostrukturalitási számítások. A különböző módosulatok előállításával változtatjuk a hatóanyag fizikai-kémiai tulajdonságait, például a szilárdságot, ami a tablettázhatósággal függ össze, az oldhatóságot, ami a szervezetben való kioldódással kapcsolatos vagy a stabilitást, mely az eltarthatóságot befolyásolhatja.

Témához kapcsolódó pályázatok

NKFIH  K 100801: „A szupramolekuláris kölcsönhatások szerepe egy- és többkomponensű szilárd fázisú rendszerek felépítésében”

MTA Infrastruktúra pályázatok 2014, 2015, 2016

Kapcsolódó publikációk

1. Dániel Vajk Horváth, Tamás Holczbauer*, Laura Bereczki, Roberta Palkó, Nóra Veronika May, Tibor Soós, Petra Bombicz“Polymorphism of a porous hydrogen bond assisted ionic organic framework” CrystEngComm (2018) 20, 1779-1782. (Back cover) Full text
2. Dobi Z, Holczbauer T, Soós T (2015)Strain-Driven Direct Cross-Aldol and -Ketol Reactions of Four-Membered Heterocyclic Ketones, Org. Lett., 17 (11),2634–2637 (IF: 6.364) Full text
3. Varga E, Mika LT, Csámpai A, Holczbauer T, Kardosa Gy and Soós T (2015)Mechanistic investigations of a bifunctional squaramide organocatalyst in asymmetric Michael reaction and observation of stereoselective retro-Michael reaction, RSC Adv., 5, 95079–95086    (IF: 3.840) Full text

III. Bioaktív szerves vegyületek és fémkomplexeik szerkezetvizsgálata

Kis méretű biomolekulákat és fémkomplexeiket széles körben alkalmazzák a klinikai gyakorlatban gyógyszerként, kontraszt anyagként, vagy fémkelátorként. Ezen vegyületek egyik alapvető vizsgálati módszere a az egykristály röntgendiffrakció, amely igen pontos és megbízható szerkezeti adatokat szolgáltat a szerves molekulák és fémkomplexeik szerkezetéről. A szilárd fázisban kapott szerkezeti eredmények azonban nem mindíg vihetőek át a biológiailag releváns oldat fázisba, számolni kell az esetleges koordinációs változásokkal, és az oldatban egyensúlyban képződő más komponensek megjelenésével. Az ESR spektroszkópia a paramágneses Cu(II) komplexek esetén alkalmas az oldatban egyensúlyban képződő mikrorészecskék és esetleges koordinációs izomerek kimutatására, amely az SXRD eredményekkel kombinálva erős alapot nyújt a gyógyszerkutatás további vizsgálataihoz.

Témához kapcsolódó pályázatok

NKFIH  K 115762: “Bioligandumok és funkcionális fémkomplexeinek szerkezetmeghatározása szilárd és oldat fázisban”

NKFIH K 124240: “Rákellenes platinafém és tioszemikarbazon komplexek fejlesztése és vizsgálata”

FWO-MTA Mobilitási Pályázat NKM-94/2018

Kapcsolódó publikációk

1. Ferenc Matyuska, Attila Szorcsik, Nóra V. May, Ágnes Dancs, Éva Kováts, Attila Bényei and Tamás Gajda “Tailoring the local environment around metal ions: solution chemical and structural study of some multidentate tripodal ligands” Dalton Trans., 46, 8626-8642 (2017) (IF:4.029) Full text
2. Eszter Tóth, Nóra V. May, Antal Rockenbauer, Gábor Peintler and Béla Gyurcsik “Exploring the boundaries of direct detection and characterization of labile isomers – a case study of copper(II)–dipeptide systems” Dalton Trans.,46, 8157-8166 (2017) (IF:4.029) Full text
3. Jelena M. Poljarević,  Tamás Gál, Nóra V. May, Gabriella Spengler, Orsolya Dömötör, Aleksandar R. Savić, Sanja Grgurić-Šipka, Éva A. Enyedy “Comparative solution equilibrium and structural studies of half-sandwich ruthenium(II)(η6-toluene) complexes of picolinate derivatives” Journal of Inorganic Biochemistry (2018) 181, 74-85.Full text

Együttműködések

• Magyarországi egyetemek (BME, ELTE, SzTE, PTE,MTA-TTK Enzimológiai Intézet)
• Külföldi kutatócsoportok: Ausztria (Graz, Wien), Olaszország (Parma, Padova), Németország (Berlin, Freiberg), USA (El Paso), Dél-Afrikai Köztársaság (Cape Town), Belgium (Antwerpen)

Oktatási tevékenységek

• D. témavezetés (ELTE Kémia Doktori Iskola)
• Elméleti előadások és laborgyakorlatok az egykristály röntgendiffrakció területén vegyész hallgatók számára (BME, ELTE)
• “Önálló feladat” laborgyakorlatok, TDK munkák, nyári szakmai gyakorlatok valamint B.Sc és M.Sc diplomamunkák BME és ELTE vegyész valamint fizikus hallgatók számára

Műszerek, berendezések

• Rigaku R-AXIS RAPID image plate diffractometer,
• X-Stream 2000 low temp unit,
• Enraf-Nonius turbo CAD-4 diffractometer,
• stereo microscopes,
• Hot-Stage berendezés
• DSC (differencial scanning kalorimeter)
• Cambridge Structural Database Hung. Affiliated Data Center

Mérési lehetőségek

• egykristály röntgendiffrakciós adatok gyűjtése 0,1 -0,5 mm méretű szerves-, fémorganikus-, szervetlen és fehérje egykristályokról, a -180 °C – +60 °C közötti hőmérséklet – tartományokban,
• kristályszerkezetek meghatározása direkt és charge flipping módszerekkel, a szerkezeti modellek finomítása és értelmezésük
• egykristály diffrakciós adatok gyűjtése instabil, időben változó kristályokon
• szerkezetmeghatározás korlátozott fölbontású, és/vagy ikerkristály diffrakciós adatokból
• szilárd fázisú reakció kísérletek és követésük kristályszerkezeti modellekkel
• a Cambridge Structural Database adatbank magyarországi alközpontjaként gondozza az országban működő non-profit célú CSD adatbank installációk kihelyezett adatbázisait (jelenleg a BME, ELTE, SOTE és a DE egyetemein)

Vezető

Bombicz Petra

Munkatársak

I. Szerkezet, dinamika és funkció összefüggéseinek vizsgálata fehérjékben

Az NMR spektroszkópia a fehérje kölcsönhatások vizsgálatának hatékony eszköze. Előnye, hogy a molekuláris kölcsönhatásoknak mind a szerkezeti, mind a dinamikai aspektusát képes megvilágítani, és az általa nyert atomi-szintű információ összefüggésbe hozható makroszkopikusan mérhető termodinamikai és kinetikai paraméterekkel. A vizsgálatokat bioszintetikus úton előállított ¹⁵N (MW<7 kDa) és ¹³C/¹⁵N (MW=7-25 kDa) izotópdúsított fehérjéken végezzük.

• kötőhelyek, kölcsönható felszínek feltérképezése
• szerkezetmeghatározás
• belső molekuláris mozgások és cserefolyamatok tanulmányozása
• kémiai és hődenaturáció aminosavegység-szintű követése
• membrán peptidek vizsgálata lipid kettősrétegben és membrán mimetikumokban

Témához kapcsolódó pályázat:

NKFI K 109035: „A ligandumkötődés mechanizmusának vizsgálata a humán epesav-kötő fehérjében”,

2014-2018

Kapcsolódó publikációk:

• G. Horváth, L. Biczók, Z. Majer, M. Kovács, A. Micsonai, J. Kardos, O. Tőke (2017) Structural insight into a partially unfolded state preceding aggregation in an intracellular lipid-binding protein. FEBS Journal, 284:3637-3661.
• Horváth, Á. Bencsura, Á. Simon Á, G. P. Tochtrop, G. T. DeKoster, D. F. Covey, D. P. Cistola, O. Tőke (2016) Structural determinants of ligand binding in the ternary complex of human ileal bile acid-binding protein with glycocholate and glycochenodeoxycholate obtained from solution NMR, FEBS Journal, 283:541-555.
• Horváth, O. Egyed, O. Tőke (2014) Temperature dependence of backbone dynamics in human ileal bile acid-binding protein: Implications for the mechanism of ligand binding. Biochemistry, 53:5186-5198.
• Horváth, P. Király, G. Tárkányi, O. Tőke (2012) Internal motions and exchange processes in human ileal bile acid-binding protein as studied by backbone ¹⁵N NMR spectroscopy, Biochemistry, 51:1848-1861.
• Tőke, Z. Banoczi, P. Király, R. Heinzmann, J. Burck, A. S. Ulrich, F. Hudecz (2011) A kinked antimicrobial peptide from Bombina maxima. I. Three-dimensional structure determined by NMR in membrane-mimicking environments, Eur. Biophys. J. 40:447-462.

II. Polimer rendszerek vizsgálata

Természetes és szintetikus polimerek egyik legfontosabb vizsgálati eszköze az NMR spektroszkópia. Oldat- és szilárd fázisú NMR módszerek kombinációjával tanulmányozzuk a polimerek szerkezetét, a makroszkopikus tulajdonságokat befolyásoló intra- és intermolekuláris kölcsönhatásokat. Makromolekulák és kismolekulák közti kölcsönhatások szisztematikus feltérképezésével célkitűzésünk új típusú hatóanyag tartalmú mátrixok előállításának elősegítése.

• polimereken végzett kémiai módosítások vizsgálata
• polimerek, polimer elegyek méret meghatározása (DOSY NMR)
• szilárd fázisú polimerek szerkezet meghatározása
• intra- és intermolekuláris kölcsönhatások tanulmányozása szilárd fázisban
• hatóanyag/mátrix rendszerek morfológiai tanulmányozása
• lágy gélek vizsgálata

Témához kapcsolódó futó pályázat:

NKFI K 115939: „Intermolekuláris kölcsönhatások vizsgálata szabályozott hatóanyag-leadású rendszerekben”, 2015-2019

Kapcsolódó publikációk:

• Szabó, B. Berke, K. László, Z. Osváth, A. Domján (2017) Non-covalent interactions between poly(N-isopropylacrylamide) and small aromatic probe molecules studied by NMR spectroscopy. European Polymer Journal 93:750-760.
• Domján, E. Geissler, K. László (2010) Phenol-polymer proximity in a thermoresponsive gel determined by solid-state ¹H-¹H CRAMPS NMR spectroscopy, Soft Matter, 6:247-249.
• Domján, C. Fodor, S. Kovács, T. Marek, B. Iván, K. Süvegh (2012) Anomalous swelling behavior of poly(N-vinylimidazole)-l-poly(tetrahydrofuran) amphiphilic conetwork in water studied by solid-state NMR and positron annihilation lifetime spectroscopy, Macromolecules, 45:7557-7565.
• Domján, E. Manek, E. Geissler, K. László (2013) Host–Guest Interactions in Poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogel Seen by One- and Two-Dimensional ¹H CRAMPS Solid-State NMR Spectroscopy, Macromolecules, 46:3118-3124.
• Nikowitz, A. Domján, K. Pintye-Hódi, G. Regdon Jr, (2016) Multivariate calibration of the degree of crystallinity in intact pellets by X-ray powder diffraction, International Journal of Pharmaceutics, 502:107-116.

III. Szerves kémiai és anyagszerkezeti vizsgálatok

Természetes- és szintetikus szerves vegyületek szerkezet felderítése, konformációs analízise mellett NMR spektroszkópiai módszerek segítségével reakciómechanizmusokat, önszerveződő rendszereket, valamint különleges mechanikai és optikai sajátsággal rendelkező anyagok szerkezetét tanulmányozzuk. A hagyományos egy- és kétdimenziós NMR spektroszkópiai technikákat diffúziós és relaxációs NMR mérésekkel kiegészítve molekuláris kölcsönhatásokról, dinamikai folyamatokról tájékozódunk. Berendezésünkön az ¹H, ¹³C, ¹⁵N, ³¹P mérések mellett lehetőség van ¹⁹F és exotikus magok (pl. ¹⁰B/¹¹B, , ²⁹Si, ²⁰⁷Pb) tanulmányozására.

Kapcsolódó publikációk:

• É. Dorkó, M. Szabó, B. Kótai, I. Pápai, A. Domján, T. Soós (2017) Expanding the Boundaries of Water-Tolerant Frustrated Lewis Pair Hydrogenation: Enhanced Back Strain in the Lewis Acid Enables the Reductive Amination of Carbonyls. Angewandte Chemie – International Edition 56:9512-9516.
• Palko, O. Egyed, TA. Rokob, P. Bombicz, Z. Riedl, G. Hajós (2015) Transformation of zwitterionic pyridine derivatives to a spiro-fused ring system: Azoniabenzo[de]fluorine. Synthesis and mechanistic rationalization. J. Org. Chem. 80:174-179.
• Takács, I. Nagy, P. Bombicz, O. Egyed, K. Jemnitz, Z. Riedl, J. Molnár, L. Amaral, G.Hajós, G. (2012) Selective hydroboration of dieneamines. Formation of hydroxyalkylphenothiazines as MDR modulators, Bioorganic and Medicinal Chemistry 20:4258-4270.
• Baranyai, G.Marsi, C. Jobbágy, A. Domján, L. Olah, A. Deák (2015) Mechano-induced reversible colour and luminescence switching of a gold(I)-diphosphine complex. Dalton Trans. 44:13455-13459.
• Á. Gyömöre, M.Bakos, T.Földes, I.Pápai, Domján, T. Soós (2015) Moisture-Tolerant Frustrated Lewis Pair Catalyst for Hydrogenation of Aldehydes and Ketones. ACS Catalysis 5:5366-5372.

Együttműködések

• MTA TTK SZKI, Organokatalízis Kutatócsoport
• MTA TTK EI, Jelátviteli és Funkcionális Genomika Kutatócsoport
• MTA TTK EI, Fehérje Interakció Kutatócsoport
• MTA TTK EI, Sejtarchitektúra Kutatócsoport
• MTA TTK AKI, Polimer Fizikai Kutatócsoport
• MTA TTK AKI, Polimer Kémiai Kutatócsoport
• MTA TTK AKI, Biológiai Nanokémiai Kutatócsoport
• SZBK Enzimológiai Intézet és Pannon Egyetem, Nanotechnológia Tanszék
• ELTE Szerves Kémia Tanszék; MTA-ELTE Peptidkémiai Kutatócsoport
• ELTE Biokémia Tanszék, Fehérje Folding és Amiloid Csoport
• ELTE Biokémia Tanszék, Motor Enzimológia Kutatócsoport
• BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék
• Szegedi Tudományegyetem, Gyógyszertechnológiai Intézet
• Debreceni Egyetem Szerves Kémiai Tanszék
• Karlsruhe Institute of Technology, Germany
• Washington University School of Medicine, St. Louis, USA

Oktatási tevékenység

• D. témavezetés (ELTE Kémia és Biológia Doktori Iskola)
• Sc. témavezetés
• nyári szakmai gyakorlat egyetemi hallgatóknak

Berendezések

Varian NMR System 600 MHz-es keskeny furatú NMR spektrométer, 40 csatornás térfinomítás, ötcsatornás rendszer hullámforma előállítással, DirectDrive(R) technológia, 100W és 800W ¹H erősítők, Performa IV. pulzáló térgradiens egység XYZ gradienssel, szilárd NMR mérések kiegészítői (CP/MAS), ¹⁵N mérési frekvencia alatti detektálhatóság, ¹H¹³C{¹⁵N-³¹P} tripla hangolható XYZ gradiens folyadék mérőfej, HFC inverz tripla mérőfej, HCN inverz tripla mérőfej, ¹⁵N-³¹P{¹H-¹⁹F} széles sávú direkt detektálású gradiens folyadék mérőfej, 3.2mm és 6mm HXY Varian/Chemagnetics tripla hangolható szilárd MAS mérőfejek, hőmérséklet előkondícionáló egység.

Varian NMR System 400 MHz-es keskeny furatú NMR spektrométer, kétcsatornás rendszer, DirectDrive^(R) technológia, pulzáló térgradiens egységgel, AutoX 5mm-es kettős direkt detektálású gradiens folyadék mérőfej, 5mm kettős széles sávú folyadék mérőfej,  szilárd NMR mérések kiegészítői (CP/MAS), 4.0mm T3 HX Varian/Chemagnetics MAS mérőfej, hőmérséklet előkondícionáló egység.

Vezető

Tőke Orsolya

Munkatársak

Szabó Pál

Munkatársak