 |
Supramolecular chemistry in solid state
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
129588 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Bombicz, Petra |
| Title in Hungarian |
Szupramolekuláris kémia szilárd fázisban |
| Title in English |
Supramolecular chemistry in solid state |
| Keywords in Hungarian |
szupramolekuláris kémia, intermolekuláris kölcsönhatások, kristály mérnökség, polimorfia |
| Keywords in English |
supramolecular chemistry, intermolecular interactions, crystal engineering, polymorphism |
| Discipline |
| Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Physical chemistry |
|
| Panel |
Chemistry 1 |
| Department or equivalent |
Core Technologies Centre (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Holczbauer, Tamás
May, Nóra Veronika
Nagyné, Bereczki, Laura
Palkó, Roberta
|
| Starting date |
2018-10-01 |
| Closing date |
2021-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
17.356 |
| FTE (full time equivalent) |
3.32 |
| 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 célja a szupramolekuláris kölcsönhatások mélyebb megértése, szerepük feltárása a molekulák önszerveződésére szilárd fázisban. A molekuláris szerkezet és az anyag makroszkópikus tulajdonságai közötti összefüggések feltárása lehetővé teszi, hogy megkívánt tulajdonságú, új anyagokat állítsunk elő. A nem-kovalens kölcsönhatások tanulmányozása alapvető fontosságú számos biológiai folyamat megértésében. A kristály felépülését meghatározó szupramolekuláris kölcsönhatások sokfélék, általában nagyszámú gyenge kölcsönhatásból tevődnek össze, korlátozott irányítottsággal. A szupramolekuláris kölcsönhatások megismerése lehetővé teszi, hogy kovalens szintézist kevesebb lépésben hajtsunk végre, csökkenti a mellékreakciókat, a reakció aktiválási energiáját, és elősegíti a kívánt sztereokémia kialakítását. Egy- és többkomponensű rendszereket, szerves, elemorganikus vegyületeket és komplexeket egyaránt vizsgálunk. Külön figyelmet fordítunk ionos, szupramolekuláris kölcsönhatások által összetartott, nagy üregtérfogattal rendelkező szerves vázszerkezetek előállítására és a porózus szerkezet kialakulását lehetővé tevő szupramolekuláris tényezők feltárására. A szupramolekuláris kölcsönhatások kutatását 2012-2016-ig a K-100801 OTKA projekt tette lehetővé. Ennek eredménye két olyan cikk, melyek a szakterület felső 5% -ába tartozó idézettséget értek el két éven belül, ezek közül az egyikre épül jelen pályázatunk, valamint egy új, elfogadott kifejezés a „synthon engineering”. A tervezett munka egyenes folytatása a pályázó cikknek. Az eredményeket nemzetközi folyóiratokban (négy-hat) és konferenciákon mutatjuk be. A munkába BSc és MSc hallgatókat vonunk be.
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.
A projekt elsődleges célja a rendezett szilárd fázis kialakulásáért felelős szupramolekuláris kölcsönhatások mélyebb, alaposabb feltárása. Kutatásaink 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, hogy megértsük, miért alakulnak ki a gyakran kis szabadenergia különbséggel rendelkező polimorfok. Olyan egy- és többkomponensű rendszereket, szerves, elemorganikus vegyületek és komplexek vegyületcsaládjait vizsgáljuk, melyek alkalmasak összetett másodlagos kötésrendszer kialakítására, hogy a különböző típusú és erősségű szupramolekuláris kölcsönhatásokat tanulmányozhassuk. Paramágneses anyagok esetén a szilárd fázisban kialakuló szerkezeteket (SXRD) összehasonlítjuk ESR spektroszkópia segítségével a folyadék fázisú viselkedéssel. A hidrogénkötéses szerves vázszerkezetek (HOF) az elmúlt időszakban kerültek a szerkezeti kutatások homlokterébe. Célul tűzzük ki a porózus szerkezetek keletkezési feltételeinek feltárását. Intramolekuláris kölcsönhatások segítségével befolyásoljuk a molekulák (in)flexibilitását, valamint a merevített molekulák olyan elrendeződését igyekszünk elérni a kristályban, hogy nagyméretű csatornák, üregek kialakulását (30-40%) tegyük lehetővé. Kutatásaink által közelebb kerülünk a molekuláris felismerési folyamatokat determináló szupramolekuláris kölcsönhatások megismeréséhez.
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!
Elméleti oldalról munkánkkal hozzájárulunk a szupramolekuláris kölcsönhatások jobb megértésén keresztül a kristálypredikciós kutatásokhoz, valamint az ismeretanyag a gyakorlatban hozzájárul a kristálymérnökségi feladatok elvégzéséhez, olyan új vegyületek, új anyagok tervezéséhez és fejlesztéséhez, melyek megkívánt tulajdonságokkal rendelkeznek. Kutatómunkánk során szerves, elemorganikus vegyületek, komplexek és szerves vázszerkezetek vizsgálatán keresztül igyekszünk elsősorban szilárd, ahol lehetséges folyadék fázisban is, a szupramolekuláris kölcsönhatásokról való ismereteinket bővíteni. Az első ionos, hidrogén kötés segítségével kialakuló üreges szerkezeteket (iHOF) 2018-ban mi írtuk le. Ezeknek a kationos vázszerkezetnek a keletkezésében a szintén nemrég felismert szupramolekuláris anion… kölcsönhatás is részt vesz. A porózus szerkezetek kialakulásának feltételeit kívánjuk megismerni, az üregtérfogatot finoman hangolni. A vázszerkezettel rendelkező vegyületek széleskörűen felhasználhatók heterogén katalízisben, elválasztás technikában, molekuláris tárolásban, vagy gyógyszer hatóanyagok célba juttatásában. A polimorfia és szolvatomorfia szupramolekuláris feltételeinek feltárása és előfordulásának kontrollálása rendkívül fontos az iparban. A szerkezet és a fizikai-kémiai tulajdonságok viszonyának feltárása információt szolgáltat az anyagtudományok művelőinek. Az eredményeket várhatóan évente 2-3 cikkben tudjuk publikálni nemzetközi folyóiratokban, valamint bemutatjuk nemzetközi és hazai konferenciákon. A munkába hallgatókat vonunk be, amivel hozzájárulunk a szintézisek, a szerkezet meghatározás, a krisztallográfiai ismeretek átadásához, a tudástranszferhez.
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 szupramolekuláris kémia interdiszciplináris tudományág, mely érinti a kémia, fizika és biológia területét. A szupramolekuláris kölcsönhatások felelősek a molekulák szerveződéséért folyadék és szilárd fázisban egyaránt. A nem-kovalens kölcsönhatások tanulmányozása alapvető fontosságú sok biológiai folyamat megértésében. Egy kristály magában hordozza az azt felépítő molekulák, és a molekulák közötti másodlagos kölcsönhatások tulajdonságait. A másodlagos kölcsönhatások megismerése nélkülözhetetlen új gyógyszeres terápiák fejlesztésében, a gyógyszer kötőhelyek kölcsönhatásainak, a fehérje-fehérje kölcsönhatások megértésében, a hatóanyag leadás szabályozásában, a hatóanyag megfelelő oldhatóságának és stabilitásának kialakításában. A szupramolekuláris kölcsönhatások ismerete fontos a nanotechnológiában, a katalízisben, az anyagtudományban, a polimerkémiában, a transzport jelenségek megértésében, a molekuláris szenzorok, kapcsolók fejlesztésében, a határfelületek kémiájában stb. A kutatómunka eredményeként a szupramolekuláris építkezés tudatos befolyásolása a célunk, a megszerzett ismeretek a gyakorlatban hozzájárulnak olyan új vegyületek, új anyagok tervezéséhez és fejlesztéséhez, melyek megkívánt tulajdonságokkal rendelkeznek. A kutatások eredményeit nemzetközi tudományos folyóiratokban publikáljuk, nemzetközi és magyarországi konferenciákon mutatjuk be. Hallgatókat és fiatal kutatókat vonunk be a munkába a szintetikus és szerkezetkutatási ismereteket továbbadva. Emberi erőforrás oldalról a projekt szakértelmet ad át hozzájárulva a tudástranszferhez.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of the project is the deeper understanding of supramolecular interactions to reveal their roles in the self-assembly of molecules in the solid phase. Exploration of the relationship of molecular structure and macroscopical properties makes possible to prepare new materials with desired properties. Investigation of non-covalent interactions is crucial in understanding of biological processes. The supramolecular interactions, playing determining role in the construction of crystals, are various, weak and numerous with limited directionality. Applying supramolecular arrangements facilitates covalent synthesis in fewer steps, reduces the possible side reactions and the activation energy and advances the desired configuration. The intermolecular interactions in one and more component systems of biologically relevant organic molecules, organometallic compounds and metal coordination complexes will be targeted. Special attention will be paid to the supramolecular interactions in hydrogen bond assisted ionic organic frameworks having large pore volume. Our research on supramolecular interactions financed by the OTKA grant K-100801 2012-2016 resulted in the introduction of a new expression “synthon engineering”, now widely used, and two papers with citations qualifying them to the upper 5% of the discipline within two years. One of them is the base of this application. This proposal contains a research plan what is a direct continuation and broadening of the previous results. We will present the outcome of this research in international journals (4-6) as well as on international and national conferences. Undergraduate and graduate student will be involved to this work.
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.
The primary aim of the project is the deeper understanding of supramolecular interactions responsible for the formation of ordered solid phase. The intermolecular interactions are in the focus of our research, which determine the packing arrangement and influence the molecular conformation of flexible molecules. Investigation of supramolecular interactions may give explanation why the very same compound is able to arrange different ways in the solid phase, is able to build varying systems of supramolecular interactions, to understand the occurrence of polymorphs often with small free energy differences. Our target compounds are families of one and more component systems of biologically relevant organic molecules, organometallic compounds and metal coordination complexes able to form complex system of secondary interactions in order to investigate supramolecular interactions of different type and strength. In case of paramagnetic materials comparison of solid phase structures determined by SXRD and of liquid phase behaviour determined by EPR will be performed. Hydrogen bond assisted organic frameworks (HOF) are in the forefront of research recently. Our aim is to reveal the conditions of the formation of the porous HOFs. The molecular (in)flexibility will be influenced by intramolecular interactions, and we will try to achieve the arrangement of the rigid molecules on a way to get large volume channels and voids of 30-40%. This research will bring us closer to the understanding of the supramolecular interactions which determine molecular recognition processes.
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 presented planned research contributes to crystal structure prediction via deeper understanding of supramolecular interactions from theoretical point of view, while it also contributes to perform crystal engineering with the goal to prepare new materials with desired properties. The aim is to improve our knowledge on supramolecular interactions in solid phase, when possible in liquid phase, using organic, metalorganic, complex compounds and organic frameworks. We have described the first ionic, hydrogen bond assisted organic framework structures (iHOF) in 2018. These cationic framework structures are supported by anionic…pi interactions also, described only recently. The target is to reveal the conditions of the formation of these framework structures, and to fine-tune the void volume. Framework materials have broad application possibilities such as sensing, drug delivery, heterogeneous catalysis, separation and storage etc. The understanding of supramolecular conditions of polymorphism and solvatomorphism and the control of their occurrence is highly demanded in the industry. Exposing the relationship of structure and physico-chemical properties serves invaluable information to material scientists. The results of the project will be published in 2-3 articles yearly in international scientific journals, as well as the results will be presented on international and national conferences. Student on BSc and MSc level will be involved in the research work, disseminating synthetic and crystallographic learning and contributing to the knowledge transfer.
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.
Supramolecular chemistry is a highly interdisciplinary field of science covering chemical, physical and biological features. The supramolecular interactions are responsible for the self-assembly of molecules in liquid and solid states. Study of non-covalent interactions is crucial in understanding of many biological processes. A crystal bears the collective properties of molecules moderated by intermolecular interactions. Exploring the secondary interactions is important to the development of new pharmaceutical therapies by understanding the interactions at a drug binding site, in protein-protein interactions and also in drug stability, encapsulation and targeted release mechanism. Knowledge of supramolecular interactions is necessary in nanotechnology, catalysis, material sciences, polymer sciences, in understanding of transport phenomena, development of molecular sensors, molecular switches, in the chemistry at interfaces etc. The aim of the project is to contribute to the knowledge driven supramolecular architecture, and to contribute to the design and development of new materials with desired properties. The results of the project will be published in international scientific journals and will be presented on international and national conferences. An additional aspect is the involvement of students and young researchers to the project disseminating synthetic and crystallographic learning. Regarding the development of human capital and resources, the project will afford significant skills and knowledge transfer.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Bombicz Petra, May Nóra V., Fegyverneki Dániel, Saranchimeg Avirmed, Bereczki Laura: Methods for easy recognition of isostructurality – lab jack-like crystal structures of halogenated 2-phenylbenzimidazoles, CRYSTENGCOMM 22: pp. 7193-7203., 2020 | | Laura Bereczki, Lara Alexandre Fogaça, Zsolt Dürvanger, Veronika Harmat, Katalin Kamarás, Gergely Németh, Berta Barta Holló, Vladimir M. Petruševski, Eszter Bódis, Attila Farkas, Imre Miklós Szilágyi, László Kótai: Dynamic disorder in the high-temperature polymorph of bis[diamminesilver(I)] sulfate—reasons and consequences of simultaneous ammonia release from two different polymorphs, Journal of Coordination Chemistry, 74, 13, 2144–2162, 2021 | | Sergio Navarro Garcia, Xian Yang, Laura Bereczki, Dénes Kónya: Aqueous Solubility of Organic Compounds for Flow Battery Applications: Symmetry and Counter Ion Design to Avoid Low-Solubility Polymorphs, Molecules, 26, 1203-1213., 2021 | | G. Tamás Gál, Nóra V. May, László Trif, Judith Mihály, Petra Bombicz: Solvatomorph and polymorph screening of Clopamide drug and its copper(II) complex crystals, CrystEngComm. On-line, 2021 | | Nóra V May, Kevin Nys, H. Y. Vincent Ching, Laura Bereczki, Tamás Holczbauer, Valerio B. Di Marco, Petra Bombicz: Crystal structure of zinc(II) complexes with beta-hydroxypyridinecarboxylate ligands: examples for structural directing effects used in inorganic crystal engineering, Acta Crystallographica B. 77, 193-204,, 2021 | | János P. Mészáros, Gábor Németi, Jelena M. Poljarevic, Tamás Holczbauer, Nóra V. May, Éva A. Enyedy: Effect of the Additional Carboxyl Group in Half-Sandwich Organometallic 2,4-Dipicolinate Complexes on Solution Speciation and Structure Eur. J. Inorg. Chem. 2021, 1–12. doi.org/10.1002/ejic.202100122 Impact factor: 2.524 (2020): Effect of the Additional Carboxyl Group in Half-Sandwich Organometallic 2,4-Dipicolinate Complexes on Solution Speciation and Structure, Eur. J. Inorg. Chem. 1858–1868, 2021 | | János P. Mészáros, Veronika F. S. Pape, Gergely Szakács, Gábor Németi, Márk Dénes, Tamás Holczbauer, Nóra V. May, Éva A. Enyedy: Half-sandwich organometallic Ru and Rh complexes of (N,N) donor compounds: effect of ligand methylation on solution speciation and anticancer activity., Dalton Transactions, 50, 8218-8231, 2021 | | Laura Bereczki, Amit Zodge, Márton Kőrösi, Tamás Holczbauer, Sourav De, Edit Székely, Petra Bombicz: A bug in enantiomer separation: double salt formation - diastereomeric and double salt structures of 1-cyclohexylethylammonium 2-and 4-chloromandelate, CrystEngComm. 23(31) 5367-5376, 2021 | | Bombicz, Petra; Avirmed, Saranchimeg; Papp, Ábrahám; Gál, Gyula Tamás; Fegyverneki, Dániel; May, Nóra Veronika; Bereczki, Laura: How far can halogenated 2-phenylbenzimidazole derivatives preserve their isostructurality?, Asian Crystallographic Meeting (AsCA2018) and Crystal32, 2-5 December 2018, Auckland, New Zealand. Abstract Book, 2018 | | Laura Bereczki, Zita Makó, Avirmed Saranchimeg, Olivér Szabó, Gyula T Gál, Tamás Holczbauer, Dániel Fegyverneki, Nóra V May, Tibor Soós, Petra Bombicz: Halogénezett 2-fenilbenzimidazolok szerkezeti összehasonlítása., III. Debreceni Krisztallográfiai Kerekasztal konferencia. 2019. január 24. Debrecen, Hungary. Abstract book p. 11., 2019 | | Bombicz Petra: Mikor, miért, hogyan? Egykristály diffrakció. Szerkezet – tulajdonság összefüggések., MKE Kristályosítási és Gyógyszerformulálási szakosztályának tavaszi előadóülése. EGIS Tudományos és Technológia Központ, 2019. márc. 13., 2019 | | Petra Bombicz: Conditions of ionic hydrogen-bonded organic framework formation., BCA Spring Meeting. 15–18 April, 2019. University of Nottingham, UK. Abstract book ps. 59-60., 2019 | | Petra Bombicz: Synthon / property-engineering of calixarenes (supramolecular interactions, shape and symmetries), 27th Slovenian-Croatian Crystallographic Meeting. Rogaska Slatina, Slovenia, June 2019. Abstract Book p. 29. invited Plenary lecture, 2019 | | Bombicz, Laura Bereczki, Nóra Veronika May, Roberta Palkó, Dániel Vajk Horváth, Tibor Soos, Tamás Holczbauer: Structural features of the formation of iHOF materials., Convergent Structural Science. 59th Annual Meeting of the American Crystallographic Association. Cincinnati, Northern Kentacky, USA. 20-24 July, 2019. Abstract Book., 2019 | | Petra Bombicz, Nóra V. May, Dániel Fegyverneki, Avirmed Saranchimeg, Laura Bereczki: Methods for easy recognition of isostructurality – lab jack-like crystal structures of halogenated 2-phenylbenzimidazoles, CrystEngComm, on-line, 2020 | | Laura Bereczki, Nóra V. May, Dániel Fegyverneki, Avirmed Saranchimeg, Petra Bombicz: Concert of halogen bonds and supramolecular interactions in halogenated benzimidazole structures to preserve isostructurality, 4th International Symposium on Halogen Bonding, 2020 | | May Nóra: Szubsztituens hatás vizsgálata hidroxi-piridin-karbonsavak és réz(II) komplexeik kristályaiban, MTA Anyag- és Molekulaszerkezeti Munkabizottság éves ülése, 2019 | | May Nóra V., Gál G. Tamás, Holczbauer Tamás, Valerio B. Di Marco, Bombicz Petra: Hidroxi-piridin-karbonsavak és réz(II)komplexeik szerkezetvizsgálata szilárd és oldat fázisban SXRD és ESR spektroszkópia együttes alkalmazásával, MTA Katalízis Munkabizottság és Koordinációs Kémiai Munkabizottság közés éves ülése, 2019 | | Nóra V May, Kevin Nys, H. Y. Vincent Ching, Laura Bereczki, Tamás Holczbauer, Valerio B. Di Marco, Petra Bombicz: Crystal structure of zinc(II) complexes with beta-hydroxypyridinecarboxylate ligands: examples for structural directing effects used in inorganic crystal engineering, Acta Crystallographica B, submitted, 2020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
