Investigation of biomolecules and reactive species by matrix isolation and laser spectroscopic methods  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
108649
Type K
Principal investigator Tarczay, György
Title in Hungarian Biomolekulák és reaktív specieszek vizsgálata mátrixizolációs és lézerspektroszkópiai módszerekkel
Title in English Investigation of biomolecules and reactive species by matrix isolation and laser spectroscopic methods
Keywords in Hungarian molekulaspektroszkópia, légkörkémia, asztrokémia, kiralitás, biomolekulák kölcsönhatásai
Keywords in English molecular spectroscopy, atmospheric chemistry, astrochemistry, chirality, biomolecular interactions
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)85 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)15 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants Bazsó, Gábor
Magyarfalvi, Gábor
Vass, Elemér
Starting date 2013-09-01
Closing date 2018-08-31
Funding (in million HUF) 40.697
FTE (full time equivalent) 6.40
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatási projekt tematikailag két fő témakör köré csoportosítható. Az egyik fő terület célja biológiai szempontból érdekes modellvegyületek potenciálisenergia-felületeinek elméleti számításokkal támogatott kísérleti vizsgálata. Ezek a kutatások magukban foglalják a különféle konformerek/tautomerek szerkezeti felderítését, ezek relatív arányainak eloszlását, a különféle formák közötti gátak felderítését. Tanulmányozzuk a különféle formák közötti átalakulásokat, beleértve a hőhatás, a szelektív UV és NIR gerjesztés – valamint az azt követő intermolekuláris energiatranszfer – által kiváltott átalakulásokat és hidrogénatom „tunneling” mechanizmussal történő átalakulást. Vizsgáljuk a komplexképződés és szolvatáció hatását a térszerkezetre.
A kutatási projekt másik fő témája reaktív – többek között légkörkémiai és/vagy asztrokémiai szempontból fontos – specieszek előállítása, spektroszkópiai azonosítása és karakterizálása, valamint ezek alacsonyhőmérsékleten – többek között hidrogénatom „tunneling” mechanizmussal történő, vagy fény hatására végbemenő – reakcióinak tanulmányozása.
A két témakört a közös kémiai-fizikai jelenségeken kívül az alkalmazott elméleti és kísérleti módszerek szorosan összekapcsolják. Mindkét területen tervezett vizsgálatok alapvetően építenek a kutatócsoportunk által üzemeltetett, részben egyedi tervezésű és saját építésű műszerparkra, amelyek speciális, világszínvonalú mátrixizolációs spektroszkópiai, kiroptikai, valamint lézerspektroszkópiai vizsgálatok elvégzését teszik lehetővé.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
- Biológiai szempontból érdekes modellvegyületek potenciálisenergia-felületeit szeretnénk kísérleti módszerekkel részletesen feltérképezni. Tanulmányozni szeretnénk a komplexálódás és az UV és NIR sugárzás által kiváltott szerkezeti átalakulásokat. Meg szeretnénk érteni a folyamatok során az intramolekuláris energiatranszfer, a H-tunneling mechanizmusok, a mátrix, és a szolvatáció szerepét.
- Új, kötéselméleti és/vagy asztrokémiai szempontból érdekes vegyületeket, gyököket szeretnénk előállítani, és tanulmányozni szeretnénk ezen specieszek alacsony hőmérsékleten végbemenő reakcióit.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatás elsősorban a fent említett kémiai-fizikai alapjelenségek megértését célozza, de egyes speciális vizsgálatok során szerzett tapasztalatok fontosak lehetnek alkalmazott kutatás szempontjából is. (Többek között a speciális mátrixizolációs VCD és ROA mérések összehasonlítása oldatfázisú mérésekkel a gyakorlati gyógyszeranalitikai vizsgálatok számára hasznos megállapításokhoz vezethet). A kutatási projekt jelentős műszerfejlesztést is magában foglal.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A modern műszeres vizsgálatokon és műszerfejlesztésen alapuló kutatási projekt két, módszer szerint hasonló, de témájában különböző, alprojektet foglal magában. Egyrészt vizsgáljuk biológiai szempontból érdekes modellvegyületek szerkezeteit és szerkezeti átalakulásait és az ezekhez kapcsolódó kémia-fizikai alapjelenségeket, amely a biomolekulák funkcióinak és biomolekuláris folyamatok megértésében segít. Másrészt speciális módszerekkel és extrém körülmények között olyan reaktív, közönséges körülmények között nem létező vagy rövid élettartamú molekulákat állítunk elő - és vizsgáljuk ezek reakcióit -, amelyek a fontos szerepet játszhatnak a légkörben vagy előfordulhatnak a csillagközi térben.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The research project is focused on two main areas. One topic is the experimental study of potential energy surfaces of biologically interesting model compounds - supported with theoretical calculations. That involves the determination of the structures, abundances and interconversion barriers of different conformers/tautomers. We will investigate the interconversion processes caused by heating, selective UV and NIR excitations, and the subsequent intermolecular energy transfer, and transformations via hydrogen tunneling at low temperatures. The structural effects of solvation and complex formation will also be studied.
The other central topic is the preparation, spectroscopic identification and characterization of reactive species that could play a role in atmospheric chemistry and astrochemistry. This will be extended to the study of the low temperature reactions, especially the photochemical and hydrogen tunneling processes of these species.
The two fields are tightly connected by the applied experimental and theoretical methodology in addition to the apparently common chemico-physical phenomena. Investigations in both fields are based on the instrumentation of our group - that in part was designed and built in-house according to our specifications. These instruments make stae-of-the-art chiroptical, matrix isolation and laser spectroscopic measurements possible.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
- We want to understand and experimentally map the potential energy surfaces of biologically interesting model compounds in detail. We hope to follow structural changes and transformations caused by UV and NIR radiation and complex formation. We want to understand the role of the effects of intermolecular energy transfer, hydrogen atom tunneling, the matrix host and the solvation in these processes.
- We intend to synthetize new compounds interesting for the theory of bonding and/or astrochemistry and study their low temperature reactions.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The main goal of the research is to improve the understanding of the above mentioned basic chemico-physical processes, but the specific results could be important for applied science (such as findings about reactivity or complexation). The comparison of the unique matrix isolation VCD and ROA measurements with solution results could give assistance to pharmaceutical analysis. The project will also bring about significant novel instrumentation as well.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The project consists of two parts that both involve the same or similar modern instrumental techniques and their further development. One investigates the structure and transformations of model compounds that are interesting for biology. The unraveling of these basic chemico-physical processes will help to understand the functions and changes of biomolecules. The other part will make the preparation and study of normally unstable or short lived molecules possible under extreme circumstances using special methods. These reactive molecules can have and important role in the chemistry of the atmosphere or the interstellar space.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Gázfázisú és mátrxizolációs molekulaspektroszkópiai mérésekre alkalmas berendezéseket fejlesztettünk, tökéletesítettünk. Ezekkel a speciális műszerekkel egyrészt kis biomolekulák térszerkezetét tanulmányoztuk, másrészt speciális molekulafizikai jelenségeket vizsgáltunk, mint fénnyel kiváltott reakciók, szerkezetváltozás a H-atom alagúthatásával, intramolekuláris rezgési energia transzfer és molekuláris távkapcsolás. A műszerek szintén lehetővé tették azt, hogy asztrokémiai vagy légkörkémiai szempontból érdekes, új reaktív molekulákat, gyököket állítsunk elő, és azokat spektrálisan karakterizáljuk.
Results in English
We have carried out instrumental developments, including both the improvement our matrix isolation experimental techniques and construction of gas-phase molecular spectroscopic setups. With these special setups we have investigated the structure of small biomolecules, and we have studied molecular physics phenomena, including light induced reactions, structural change by H-atom tunneling, intermolecular vibrational energy redistribution and molecular remote switching. The setups also made possible to prepare and spectroscopically characterize novel reactive molecules or radicals relevant to astrochemistry or atmospheric chemistry.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=108649
Decision
Yes





 

List of publications

  
E. E. Najbauer, G. Bazsó, S. Góbi, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Exploring the Conformational Space of Cysteine by Matrix Isolation Spectroscopy Combined with Near-Infrared Laser Induced Conformational Change, J. Phys. Chem. B. 118, 2093-2103, 2014
B. Botka, M. E. Füstös, H. M. Tóháti, K. Németh, G. Klupp, Z. Szekrényes, D. Kocsis, M. Utczás, E. Székely, T. Váczi, G. Tarczay, R. Hackl, T. W. Chamberlain, A. N. Khlobystov, K. Kamarás: Interactions and Chemical Transformations of Coronene Inside and Outside Carbon Nanotubes, Small 10, 1369-1378, 2014
L. Kócs, E. E. Najbauer, G. Bazsó, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Near-Infrared Laser Induced Structural Changes of Glycine∙Water Complexes in Ar Matrix, J. Phys. Chem. A, nyomtatásban, 2014
L. Kócs, E. E. Najbauer, G. Bazsó, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Near-Infrared Laser Induced Structural Changes of Glycine∙Water Complexes in Ar Matrix, J. Phys. Chem. A, 119, 2429-2437., 2015
A. Tajti, L. A. Mück, Á. L. Farkas, M. Krebsz, T. Pasinszki, G. Tarczay, P. G. Szalay: On the FCNS ↔ FC(NS) Reaction: A Matrix Isolation and Theoretical Study, J. Mol. Spectrosc. 310, 8-15, 2015
S. Góbi, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: VCD Robustness of the Amide-I and Amide-II Vibrational Modes of Small Peptide Models, Chirality 27, 625-634, 2015
E. E. Najbauer, G. Bazsó, R. Apóstolo, R. Fausto, M. Biczysko, V. Barone, G. Tarczay: Identification of Serine Conformers by Matrix Isolation IR Spectrosc. Aided by NIR Laser Induced Conf. Change, 2D Correlation Analysis, and Quantum Mech. Anh. Comp., J. Phys. Chem. B 119, 10496–10510, 2015
T. Vörös, B. Pacsai, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Generation and spectroscopic identification of NCXNC and NCNCX (X=S, Se) in low-temperature inert matrices, J. Mol. Spectrosc. 316, 95-104, 2015
S. Coussan, G. Tarczay: Infrared Laser Induced Conformational and Structural Changes of Glycine and Glycine∙Water Complex in Low-Temperature Matrices, CPL, beküldve, 2015
L. Kócs, E. E. Najbauer, G. Bazsó, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Near-Infrared Laser Induced Structural Changes of Glycine∙Water Complexes in Ar Matrix, J. Phys. Chem. A, 119, 2429-2437, 2015
S. Coussan, G. Tarczay: Infrared Laser Induced Conformational and Structural Changes of Glycine and Glycine∙Water Complex in Low-Temperature Matrices, Chemical Physics Letters. 644, 189-194, 2016
R. F. G. Apóstolo, G. Bazsó, R. R. F. Bento, G. Tarczay, R. Fausto: The first experimental observation of the higher-energy trans conformer of trifluoroacetic acid, Journal of Molecular Structure, 1125, 288-295, 2016
G. Tarczay, M. Förstel, P. Maksyutenko, R. I. Kaiser: Formation of Higher Silanes in Low-Temperature Silane (SiH4) Ices, Inorganic Chemistry, 55, 8776-8785, 2016
G. Tarczay, M. Förstel, S. Góbi, P. Maksyutenko, R. I. Kaiser: Synthesis of the Smallest Member of the Silylketene Family: H3SiC(H)CCO, közlésre beküldve, 2016
T. Vörös, G. Lajgút, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Photochemical generation of H2NCNX, H2NNCX, H2NC(NX) (X=O,S) in low-temperature matrices, közlésre beküldve, 2016
G. Tarczay, M. Förstel, S. Góbi, P. Maksyutenko, R. I. Kaiser: Synthesis of the Smallest Member of the Silylketene Family: H3SiC(H)CCO, 18, 882–889, 2017
T. Vörös, G. Lajgút, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Photochemical generation of H2NCNX, H2NNCX, H2NC(NX) (X=O,S) in low-temperature matrices, 146, 024305, 2017
Z. Szekrényes, P. R. Nagy, G. Tarczay , L. Magginid , D. Bonifazid, K. Kamarás: Direction-dependent secondary bonds and their stepwise melting in a uracil-based molecular crystal studied by infrared spectroscopy and theoretical modeling, Chem. Phys. Lett., submitted, 2017
B. Kovács, N. Kuş, G. Tarczay, R. Fausto: Experimental Evidence of Long-Range Intramolecular Vibrational Energy Redistribution through Eight Covalent Bonds: NIR Irradiation Induced Conformational Transformation o, J. Phys. Chem. A, 2017
R. F. G. Apóstolo, G. Bazsó, G. O. Ildiz, G. Tarczay, R. Fausto: Near-Infrared In Situ Generation of the Higher-Energy Trans Conformer of Tribromoacetic Acid, J. Chem. Phys., submitted, 2017
T. Vörös, G. Lajgút, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Photochemical formation of diazenecarbaldehyde (HNNCHO) and diazenecarbothialdehyde (HNNCHS) in low-temperature matrices, J. Phys. Chem. A, 2017
Z. Szekrényes, P. R. Nagy, G. Tarczay , L. Magginid , D. Bonifazid, K. Kamarás: Direction-dependent secondary bonds and their stepwise melting in a uracil-based molecular crystal studied by infrared spectroscopy and theoretical modeling, Chem. Phys. Lett., 691, 163–168, 2018
B. Kovács, N. Kuş, G. Tarczay, R. Fausto: Experimental Evidence of Long-Range Intramolecular Vibrational Energy Redistribution through Eight Covalent Bonds: NIR Irradiation Induced Conformational Transformation o, J. Phys. Chem. A 121, 3392-3400, 2017
R. F. G. Apóstolo, G. Bazsó, G. O. Ildiz, G. Tarczay, R. Fausto: Near-Infrared In Situ Generation of the Higher-Energy Trans Conformer of Tribromoacetic Acid, J. Chem. Phys., 148, 044303, 2018
T. Vörös, G. Lajgút, G. Magyarfalvi, G. Tarczay: Photochemical formation of diazenecarbaldehyde (HNNCHO) and diazenecarbothialdehyde (HNNCHS) in low-temperature matrices, J. Phys. Chem. A 122, 1034−1044, 2018
B. Légrády, E. Vass, G. Tarczay: Matrix-isolation vibrational circular dichroism spectroscopy in structural studies of peptides: Conformational landscape of the Ac(-Ala)1–4-OMe depsipeptide series, J. Mol. Spectrosc. 351 29–38, 2018
A. Thomas , B. Dangi , T. Yang , G. Tarczay , B.-J. Sun , S.-Y. Chen , H.-H. Chang , T. Nguyen , J. Stanton , A. Mebel: Synthesis of the Germaniumsilylene Butterfly Molecule (Ge(µ−H2)Si), submitted, 2018
T. Pasinszki, T. Vörös, G. Vass, G. Tarczay, I. Jalsovszky: Spectroscopy, Structure, Thermal and Photochemical Decomposition of 5-Chloro-3-trifluoromethyl-1,2,4-thiadiazole: Generation of Trifluoroacetonitrile N-sulfide, submitted, 2018
G. Bazsó, B. Koncz, K. Hegedűs, G. Tarczay: Jet-cooled Laser Induced Fluorescence and Dispersed Fluorescence of CHxF3−xCH2O (x=1,2,3) radicals, to be subbmitted, 2018




 

Events of the project

  
2014-11-25 17:57:15
Résztvevők változása



Back »