Czako_Gabor_nyito

Czakó Gábor elméleti kémikus: „az az eredmény, amit a kutató nem publikál, nem is létezik”

Miért éppen úgy zajlik le a kémiai folyamat, ahogyan? Ez és a reakció dinamikája érdekli az elméleti kémiával foglalkozó Czakó Gábor vegyészt. A Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék adjunktusát, az MTA Kémiai Osztály legifjabb „nagydoktorát” az ide vezető útról, a munkájáról, illetve a Science magazinban, a Nature lapcsaládban megjelent publikációiról kérdeztük.

– Az alapvető kémiai reakciók dinamikáját és mechanizmusait szeretném mélyebben megérteni. Kutatócsoportommal megpróbáljuk kiterjeszteni vizsgálatainkat az úgynevezett kisebb bio-rendszerek felé. Így mostanában például aminosavak modellezésén is dolgozunk – mutatta be Czakó Gábor elméleti kémikus a tudománynak azt a szeletét, amely pillanatnyilag a legjobban érdekli. A Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék adjunktusa 2017-ben védte meg akadémiai doktori disszertációját. Ezzel a 36 éves szegedi kutató az MTA Kémiai Osztály legfiatalabb nagydoktora lett.



„Kiszámolta” az energiagát alakját


– A kémiai reakciók hogyan mennek végbe lépésről lépésre? Erre a kérdésre keressük a választ, de nem kísérleti körülmények közepette, hanem számolással modellezzük, miként zajlik le a kémiai reakció. Mi a fizika törvényeit alkalmazzuk a kémiára. Így egy mozifilmhez hasonlatosan le tudjuk játszani, mi történik egy kémcsőben. Így új reakció utakat fedezünk fel, szabályozni tudjuk a kémiai átalakulásokat, mélyebben érthetjük meg a természetben végbemenő folyamatokat. Mindez később tananyaggá válhat egy iskolai könyvben – magyarázta alapkutatásuk célját és kilátásait Czakó Gábor.


Czako_Gabor_portre

– Az energiagáton kell egy reakciónak keresztülmennie ahhoz, hogy a reagáló atomokból és molekulákból termékek képződjenek. Tehát energiát kell befektetni egy reakcióba ahhoz, hogy e gáton túllendülhessenek az folyamat alkotóelemei. Ez régóta ismert tény a kémiában, középiskolában is tanítják. Ám az energiagát két legfontosabb tulajdonságáról még nem tudunk eleget. Az energiagát magasságát már régóta vizsgálják a kutatók, ám a másik lényegi tulajdonság, a gát alakjának a kísérleti meghatározása eddig lehetetlennek tűnt. Egyik kutatási partnerünk, a tajvani csoport egy olyan mérési eljárást dolgozott ki, ami az energiagát alakjának a meghatározására szolgál. Ám ezekhez a mérésekhez elengedhetetlen az elméleti támogatás, amikhez a számításokat én végeztem. Ugyanis ezek a számítások bizonyították, hogy a tajvaniak kísérletei visszaadják az energiagát alakját. Az elméleti szimulációk és a kísérletek eredményeit összevetettük és kiderült az egyezés – magyarázta legutóbbi, a Nature Chemistry-beli publikációjuk újdonságtartalmát Czakó Gábor, a négyszerzős cikk közül az egyetlen magyar kutató. (Az SZTE Hírportál erről szóló információja itt olvasható.)


– A szegedi kutatócsoportunk más tagjaival közösen is publikáltunk már. Például 2017-ben jelent meg a Brit Kémiai Társaság vezető folyóiratában, a Chemical Science-ben az a háromszerzős cikkünk, amelyben – az egyik PhD-hallgatónkat is bevonva – bemutattunk egy érdekes helyettesítési reakciót, a fogkrémekben is fellelhető fluoridion reakcióját a metil-jodiddal. Ezt a szimulációt új módszerrel és technikával végeztük el, amely minden korábbinál pontosabbnak bizonyult, s ezt kísérleti eredmények is igazolták. Mindez forradalmasíthatja a helyettesítéses reakciók szimulációját – hozott egy újabb példát a szegedi elméleti kémikusok sikerére Czakó Gábor, aki már elindította azt a habilitációs folyamatot, amelynek végén docensi, majd egyetemi tanári kinevezést kaphat.

 


„Jósol” a helyettesítéses reakciókról


A metánnak, a földgáz fő alkotó elemének a más anyagokkal, például az oxigénnel és a halogén atomokkal kialakuló reakcióit vizsgáljuk. A másik kutatási irányunk az úgynevezett helyettesítéses reakciók egyik típusának vizsgálata, amelyet SN2 névvel illetnek a tudományos publikációkban. Ekkor a molekulák egy csoportját másféle atomokkal helyettesítjük, így alakítjuk át az egyik molekulát egy másikká – vázolta munkájukat. – Mi nemcsak megmagyarázzuk a már megtörtént reakciók lefolyásának a jellemzőit, hanem jóslásokat is teszünk az eddig nem ismert új útvonalakról.


– Száz éve ismert az úgynevezett SN2 helyettesítéses reakciók útja, ám a mi szimulációnk talált egy új útvonalat – összegezte a 2015-ben a Nature lapcsalád egyik multidiszciplináris folyóiratában, a Nature Communicationsban publikált eredményük lényegét Czakó Gábor. Az erre épített, de az ausztriai Innsbruck egyik kutatócsoportjának kísérleti eredményeivel bővített témakörből született a 2016-os Nature Chemistry cikk. A szegedi kutató és társa által vizsgált helyettesítéses reakció a szerves kémia egyik legfontosabb folyamata, mert számos vegyület előállítását teszi lehetővé, és kulcsszerepet játszik a biokémiai folyamatokban is.

 


A metán reakcióit a kísérlet és az elmélet együtt magyarázza


– A világ vezető kutatócsoportja a metán reakcióit vizsgáló, fentebb említett tajvani csapat – jelentette ki az amerikai években megismert partnereiről Czakó Gábor. – Mindig hasznos a kísérleti csoporttal való együttműködés, mert az elmélettel kiegészülve a legérdekesebb eredményeket adhatja – magyarázta. Szerinte a kémia már nem kifejezetten kísérleti tudomány, ugyanis számos eset bizonyítja: elméleti úton pontosabban kiszámítható egy reakció útja. Így küszöbölhető ki az olyan hibalehetőség, ami abból adódik, hogy a kémiai anyag nem stabil, vagyis bomlékony, vagy éppen mérgező, ezért nem jól vizsgálható. – A számolás sokszor gyorsabb és olcsóbb, mint a kísérlet, ami fontos szempont például a gyógyszeripar számára.


Czako_Gabor_1


– Amerikai és kínai elméleti kémiai kutatócsoportokkal is együtt dolgozom, ígéretes eredménnyel. Korábban a metán és a klóratom reakciójáról publikáltam az amerikai Science magazinban. A Nobel-díjas John Polanyi által kidolgozott reakciódinamikai alapszabályok módosítására tettünk javaslatot. Míg ő elméletét egy kétatomos molekulának egyetlen atommal való reakciója alapján fogalmazta meg, addig mi ötatomos molekulát vizsgáltunk. Azt találtuk, hogy csak némi módosítással alkalmazható az általános érvényűnek gondolt szabály. Ezt követően az Amerikai Tudományos Akadémia folyóirata (PNAS) kért fel egy cikk megírására, így 2012-ben az oxigén atom és a metán reakcióját tárgyaló közleményünket a PNAS közölte. Ezen sikerek után a legújabb eredményeinket is a világ vezető folyóiratai közölték; az elmúlt három évben három közleményünk jelent meg a brit Nature lapcsalád hasábjain. Minden cikkünk komoly nemzetközi visszhangot váltott ki.


 

Csapat és szuperszámítógép kell


– Csapatban dolgozunk mi, elméleti kémiával foglalkozó kutatók is. A külföldi kísérletes kutatóktól érkező adatokkal kapcsolatos számításokat végzünk a „szuperszámítógépeinkkel”, a részeredményeket folyamatosan megbeszéljük, értelmezzük a csoportban, majd megfogalmazzuk és cikké gyúrjuk az összegzést – avatott be munkamódszerébe a kutató, aki egyetért a megállapítással: „amit a kutató nem publikál, az az eredmény nem létezik”.


– A munkanapom nagyobb részét a kutatás teszi ki, de tanítani is szeretek. A tehetséggondozást nagyon fontosnak tartom. Előadásaim egy része kifejezetten kapcsolódik a kutatócsoportom témáihoz. Ezeket az oktatáshoz kötődő alkalmakat használom ki, hogy felkeltsem az érdeklődést az elméleti és kémiai és a kutatómunka iránt – fogalmazott.


– Határterülete a kémiának, a fizikának, a számítástechnikának és a matematikának az elméleti kémia. Ahogy egyre mélyebben ásunk a kémia reakciók természetének a megértése terén, úgy kell elmélyedni a matematikában, a fizikában és az informatikában is. A középiskolai matektudás kevés ahhoz, hogy azokat az egyenleteket megoldjuk, amelyek leírják e kémiai reakciókat. Sőt: e bonyolult egyenleteket papír alapon meg sem lehet oldani, külön programokat írunk, hogy a számítástechnika fejlődésével egyre pontosabb számításokat tudjunk végezni – mosolyodott el elsőszámú kísérleti eszköze, a komputerje előtt ülő kutató.


 

Szentestől Szegeden át Thaiföldig


Tehetség és szorgalom, illetve jó tanár kell ahhoz, hogy a természettudományos vonalon rendezett versenyeken sikert arasson a diák. Velem a szentesi általános iskolában Balogh Terézia tanárnő szerette meg a kémiát. Diákként sokat köszönhetek a kémiai versenyeknek, amelyek egyfajta edzésnek számítottak – fogalmazott a természettudományokkal való első találkozásairól Czakó Gábor, aki a szegedi Radnóti Miklós Kísérleti Gimnáziumban Meleg István tanítványaként ért el sikereket. Harmadik osztályos gimnazistaként negyedik helyezett lett az Országos Középiskolai Tanulmányi Versenyen, majd 1999-ben eljutott a Thaiföldön rendezett Nemzetközi Kémiai Diákolimpiára, a nagy-nagy megmérettetésre: a szegedi Radnóti gimnázium kémia tagozatos „titánjaként” ezüstéremmel tért haza.


Minden természettudomány, így a kémia nyelve is a matematika. De jó esetben a kísérletezés is felkelti egy diák figyelmét a kémia iránt. Ám a kísérletek preparatív része egyre kevésbé érdekelt, inkább arra voltam kíváncsi, hogy mi van mögötte, miért éppen úgy zajlik le a kémiai folyamat, ahogy – avatott be a kémiai iránti vonzalmának alakulásába Czakó Gábor. Elárulta: a budapesti családi kötődés és a diákolimpiára történő felkészítők alatt az ottani oktatókkal való találkozás az oka annak, hogy nem a szegedi egyetemen, hanem az elméleti kémiában erősnek számító ELTE vegyész szakján szerzett MSc-oklevelet, majd 2007-ben PhD-fokozatot.

 


Hisz a Lendületben


– Reakciódinamikával az atlantai Emory University nemzetközi élvonalba tartozó kutatócsoportjában kezdtem el foglalkozni. Négy év után az ELTE-re tértem haza. Onnan 2015-ben hívott az elméleti kémia oktatójának és saját kutatócsoport alapítására a Szegedi Tudományegyetemre Tóth Ágota professzor – vázolta fel életrajzát Czakó Gábor, akit eredményeiért 2012-ben a Magyar Tudományos Akadémia ifjúsági Polányi-díjjal tüntetett ki, és aki ugyanebben az évben megkapta a Junior Prima-díjat is.


Az MTA Lendület pályázatán eddig ötször indultam, de pályázati támogatást – talán tudománypolitikai okok miatt – sajnos még nem nyertem. Nem adom fel, ismét benyújtom a kutatási tervemet, mert szeretnék itthon maradni és itt eredményesen dolgozni – hangsúlyozta Czakó Gábor, aki Magyarországon egyedülálló módon az elmúlt két évben kétszer is a Nature Chemistry szerzőjeként hívta föl magára a figyelmet. A fentebb bemutatott, hazai és nemzetközi körökben is kiemelkedő jelentőségű kutatómunkája alapján talán nem várat sokat magára a Lendület pályázat odaítélése. Czakó Gábor úgy véli: az elméleti kémia területén megfelelő számítógépes- és munkaerő-kapacitás elnyerése esetén még az eddigieknél is eredményesebb lehet ötletei megvalósításában, tartósan a világ élvonalában maradhat. Immár több mint tíz munkatársával egyetemben oly eredményesen foglalkozik a kémiai reakciók titkainak föltárásával, hogy a csapatát bemutatásra méltónak találta az Amerikai Kémiai Társaság szaklapja is, egy úgynevezett Feature Article formájában, amely hamarosan megjelenik.



SZTEinfo – Újszászi Ilona

Fotók: Bobkó Anna

Képgaléria

01.jpg

Rendezvénynaptár

Rendezvénynaptár *

  • október 24.
    18:00 - 20:00
    Dr. Sándor Klára nyelvész, társadalomkutató az SZTE BTK Kulturális Örökség és Humán Információtudományi Tanszékének tanszékvezető főiskolai tanára. Nemrégiben végzett izgalmas nyomozásának legfontosabb eredményeit mutatja be művelődéstörténeti előadásában: tényleg Mátyás udvarában találták volna ki a székely betűket? Ha mégsem, milyen szerepe volt Mátyás udvarának a székely írás kultuszának megteremtésében? Honnan ismerték egyáltalán Budán a székely ábécét? Az előadó természetesen válaszol a résztvevők legfontosabb kérdéseire: miért székely írás? Miért nem rovásírás? Milyen gyökerekre vezethető vissza? Hun? Szkíta? Netán magyar vagy székely találmány? Mikor keletkezett a legkorábbi emlék? Hol kerültek elő székely írással írt emlékek? Hogyan alakult át a székely írás szerepe a 16. századtól, miért becsülték nagyra a 17–18. század neves magyar tudósai? Igazi kultúrtörténeti csemege és remek előadó vár ránk! További részletek: www.pedagogiaiestek.hu
  • október 30.
    09:00 - 11:00

Kövess minket

Facebook YouTube Twitter Google Plus