OPPONENSI VÉLEMÉNY Kunsági-Máté Sándor Néhány aromás vegyület molekuláinak gyenge kölcsönhatása és ennek gyakorlati alkalmazása című doktori értekezéséről Kunsági-Máté Sándor aromás molekulák másodlagos kölcsönhatással kötődő komplexeit vizsgálta, azok fizikai-kémiai tulajdonságai meghatározásáról nyújtotta be értekezését. A vizsgálatok középpontjában a kalixarén típusú molekulák és ezek komplexei állnak, de szó van az antocianinok és polifenolok kölcsönhatásáról is. A felhasznált vizsgálati módszerek pedig fluoreszcenciás spektroszkópia, kalorimetria és kvantumkémiai számítások. A dolgozat érdemi része körülbelül 100 oldal, amely 31, többségében jó nevű nemzetközi folyóiratban közölt cikkekre épül. A közlemények 2001 és 2011 között jelentek meg, tehát kb. tíz év munkáját foglalják össze. A cikkeknek a Jelölt kivétel nélkül az első szerzője, de egyszerzős cikk nincs ezek között; társszerzői egyrészt a pécsi intézetből, másrészt BME-ről, a Pannon Egyetemről, valamint kis részben nemzetközi együttműködésből (Weinsberg, Bordeaux, Lecce, Erlangen, Tokió) kerülnek ki. (A dolgozat mellékletében e cikkek különlenyomatait is olvasó rendelkezésére bocsátotta a Jelölt, amit papírpocsékolásnak gondolok.) A dolgozat három fő fejezetből és számtalan alfejezetből áll. Az első fejezet az irodalmi előzményeket foglalja össze, a második az alkalmazott anyagokat és kísérleti módszereket részletezi, míg a harmadik fejezet a dolgozat érdemi része. Ezeket egészíti ki egy egyoldalas bevezetés, egy hosszú összefoglalás, valamint egy nyúlfarknyi Az eredmények hasznosítása, hasznosíthatósága fejezet. A dolgozat szép kivitelezésű, sok ábrával és táblázattal, első átlapozás után gondos munkának tűnik. Egy 31, jó helyen megjelent cikkre épülő, 100 oldalas, szépen kivitelezett dolgozat már ránézésre megfelelőnek tűnik az MTA doktora cím megszerzéséhez. A cikkek egy része jól hivatkozott, de még a legújabb cikkekre is érkezett már néhány független hivatkozás. Megállapítom tehát, hogy a dolgozat és a hozzá kapcsolódó publikációk formai szempontból megfelelnek az MTA doktora cím megszerzéséhez támasztott követelményeknek. Minél mélyebbre ástam magam azonban a részletekbe, annál jobban romlott e pozitív véleményem, no nem az egyes közlemények tudományos jelentőségét illetően, hanem a dolgozat egységessége, a részletek kidolgozottsága szempontjából. Szerintem nem lett volna nehéz (sőt, a dolgozat megírásának egyetlen motivációja kellett volna legyen) a rengeteg mérési és számítási eredmény, konkrét molekulákra kapott tapasztalatok egységbe foglalása, általános következtetések levonása. De hadd fejtsem ezt ki egy kicsit részletesebben! Az első fejezet (Áttekintés, irodalmi előzmények) segíti az olvasót a témában való eligazodásban, előkerülnek a legfontosabb fogalmak, molekula- és komplextípusok. (Ezzel összefüggésben az ezt megelőző, számozatlan Bevezetés című oldal szerepét nem látom.) A 2. fejezet technikai, egyrészt ismerteti az összes, a dolgozatban előforduló molekulát, valamint az alkalmazott kísérleti módszereket. Ez utóbbi azonban nem teljes. Nem esik szó a fluoreszcenciás élettartammérésekről, melyek például 3.2.17 alfejezetben fontos szerepet játszanak, valamint az
alkalmazott elméleti módszereket is célszerű lett volna itt felsorolni, egymáshoz való viszonyukat (közelítés foka, rövidítések) tisztázni. Ez utóbbira később sem kerül sor, pedig közelítő módszerekről lévén szó, ezek megbízhatóságát, alkalmazhatóságuk határait figyelembe kell venni a következtetések levonásánál. Ezzel elkerülhetők lettek volna olyan, a későbbiekben előforduló pontatlanságok, mint az így kapott geometriát 6-31G bázissal finomítottuk (29.oldal), vagy MM+ erőtér hiányzó hivatkozása (31. oldal), vagy nem kellene az olvasónak visszahőkölnie, amikor a 78. oldalon a PCM/MP2/6-311++G(d,p) betűszóval találkozik. Szintén nagy segítség lett volna, ha megemlítésre kerül, hogy mi is PCM modell, hiszen ez az okfejtés szempontjából nagyon lényeges. A 3. fejezet a dolgozat érdemi része. Már fentebb is említettem, hogy a dolgozat számtalan alfejezetből áll, négy szintig lemenve. A 3.1 alfejezet a kalixarén származékokkal foglalkozik, azon belül az első, 3.1.1 alfejezet a címe alapján kalixarén kölcsönhatásaival kis permittivitású oldószerekben. A címnek némileg ellentmondva az egyoldalas bevezetés végén a komplex stabilitásával kapcsolatban három effektus vizsgálatát is célul tűzi. Az ezt követő hét al-alfejezet különböző kalixarének különböző vendégmolekulákkal alkotott komplexeit változó oldószerben, különböző kísérleti vagy elméleti módszerekkel vizsgálja. Rengeteg mérési eredményt dokumentálnak a fejezetek, azonban legtöbb esetben a következtetések levonásával adós marad a Jelölt, vagy csak olyan triviális következtetésig jut el, hogy a kalixarén aromás gyűrűjének elektronszerkezetét a kölcsönhatás során megváltoztatja (25. oldal) vagy komplex kialakulása jelentősen függ a vendégmolekula szerkezetétől (28. oldal). Furcsa, hogy az alfejezet lezárásakor az említett három kérdés közül legfeljebb az elsőt, a kehely-konformáció hatását válaszolja meg, a vendég molekula elektrofil jellegéről, illetve az oldószer permittivitásának hatásáról mely az alfejezet címében is szerepel nem is esett szó! A következő szerkezeti egység még ennél is furább: 3.1.1.7 után 3.1.2.1 következik, tehát nincs bevezetve, hogy 3.1.2 alfejezetben miről is lesz szó. Lehet, hogy itt számozási hibáról van szó, hiszen 3.1.2.2 az oldószer permittivitásának hatásáról szól, tehát lehetne akár a 3.1.1 lezárásának is tekinteni. 3.1.3 ismét hiányzik, így csak találgatni lehet, miről is szól ez a rész. Ezt a nyomozást tovább nehezíti, hogy a 3.1.3.1 al-alfejezet nem is arról szól, mint címe: néhány mérés gondos leírása szerepel itt, de még ezek eredmények sincsenek diszkutálva, nemhogy a címben megfogalmazott összefüggés az elektrofil karakter és a komplex stabilitása között. Sok helyen visszatérő probléma, de itt különösen szembetűnő, hogy egyes ábrák nincsenek hivatkozva, diszkutálva. Akkor miért kerültek be a dolgozatba? Nem igazán sikerült felderítenem, hogy mi tartja össze a nyolc darab 3.1.3 jelű al-alfejezeteket, és mivel összefoglalás sincs, ez a probléma nem kap feloldást. Sőt: a 3.1.3.8 utolsó bekezdésében lévő fejtegetés végképp elbizonytalanít, hiszen az itt leírt spekuláció ( súrlódás-szerű erők sic!) nem igazán kapcsolódik az előzőkhöz. 3.1.4 alfejezet a kalixarének aromás molekulákkal vizes oldatban észlelt kölcsönhatásait ígéri, de csak fullerénekkel való kölcsönhatásra tér ki. A csak azért idézőjeles, mert értem én ennek az extrakció szempontjából való fontosságát, de jobbnak tartanám, ha már a cím is segítené az olvasót az eligazodásban. Ebben az alfejezetben végre összeállt a különböző vizsgálati módszerek egysége: különböző mérések és kvantumkémiai számítások együttesen magyarázzák meg annak okát, hogy a különböző rendszerek esetében miért alakulhatnak ki különböző sztöchiometriájú komplexek, így itt nincs is szükség spekulációra! 2
3.1.5 megint nincs megcímezve, a megfelelő négy al-alfejezet sav-bázis egyensúllyal és a vas ionok hatásával foglalkozik. A 3.2 fejezet antocianinok polifenolokkal való kölcsönhatásáról szól. Ez a fejezet kicsit jobban tetszett, itt legalább a vörösbor színének megtartására irányuló érdeklődés egységes fonalat teremtett. Számomra a legizgalmasabb kérdés a fluoreszcencia élettartamokban és az oldószerrelaxációs időkben egy bizonyos alkohol koncentrációnál tapasztalható törés oka lenne. Úgy érzem, hogy a jelenség magyarázatával adós maradt a Jelölt: a kísérleti eredmények alapján el tudom fogadni, hogy e jelenség mögött a szolvátburok változása állhat, de arra nem sikerült meggyőző információt adni, hogy pontosan mi is történhet, véleményem szerint a leírt magyarázat pusztán spekuláció. Sajnos a 0, illetve 14 térfogatszázaléknál végzett modellezés (80. oldal) a tulajdonságok hirtelen változására nem adhat magyarázatot. Értem, hogy a vörösborok színének megőrzése szempontjából a jelenség ismerete elegendő, de ha feszegetni kezdjük az elméleti hátteret, nem indokolt félúton megállni. Megerősíti ezt a kritikát, hogy a kérdésnek egy további alfejezetet (3.3) is szentel a Jelölt. Itt aztán még a hasznosítható eredmény mögé sem lehet elbújni! Ezt a rendkívül rövid fejezetet egyébként vagy elhagytam volna, vagy pedig beépítettem volna az előző fejezetbe, hiszen ugyanarról a problémáról van szó. Az Összefoglalás azonos a tézissel és lényegében az egyes cikkek megállapításit foglalja össze. Szerintem szükség lett volna egy szintetizáló összefoglalásra, például a Bevezetésben írtakat ide tettem volna. De az is elegendő lett volna, ha Jelölt például kijelenti, az itt használt módszerek alkalmasak az ilyen típusú rendszerek jellemzésére, kölcsönhatások leírására, gyakorlat szempontjából fontos kérdések megválaszolására. További kritikai észrevételek: az első ránézésre nagyon gondosan készített dolgozat nem is olyan gondos: sok ábra (2.4, 3.1.13, 3.1.14, 3.1.15, 3.1.17, 3.1.18, 3.1.3.6), és táblázat (3.13) nincs hivatkozva a szövegben, ugyanakkor pl. a 3.1.1.1 al-alfejezetben tárgyalt koncentráció-függő spektrumok nincsenek megadva. 3.2.11 ábra y tengelyén nincs egység, a 3.2.2 ábra tengelyein angol felirat szerepel, nem tudjuk, mik a piros és kék lufik a 3.2.4 ábrán, a 3.1.7 ábra felirata nem adja meg az alkalmazott módszert, a 2.2 ábrán rossz a képlet; vannak rossz hivatkozások (pl. 3.1 ábrára a 39. oldalon, 1. táblázatra a 71. oldalon); az alfejezetek számozása is lehet, hogy csak technikai probléma miatt ilyen kusza. Az aprólékosság foka rendkívül változó: míg egyes kísérletek esetén még a törzsoldatok elkészítése is le van írva, a fluoreszcenciás mérések esetén sok esetben nincs megadva a gerjesztési és észlelési hullámszám, pedig ettől kvalitatívan is függhetnek az eredmények. Hasonlóan, a kvantumkémiai számítások nincsenek dokumentálva, pedig az eredmények megbízhatósága nagyban függ az alkalmazott közelítéstől. Legalább a saját cikkekre kellett volna ezzel kapcsolatban hivatkozni, ahol ez részletesen szerepel. Tudományos szempontból is kritizálhatók a dolgozat egyes részei: rengeteg a feltételezhetőleg, feltehető, nagy valószínűséggel, minden valószínűség szerint, valószínűsíthető, gyanítható fordulat. Ezekben az esetekben nem történt elegendő erőfeszítés a felvetett kérdések minden kétséget kizáró megválaszolására. Pedig néha nem is olyan triviális az állítás. Csak két példa: a 18. oldalon megfogalmazott kézenfekvő magyarázat pontatlan fogalmakat használ: elméletileg nehezen értelmezhető az, hogy az elektron egy olyan elektronállapotba kerül, ami a mérésnél alkalmazott hullámhosszon nem gerjeszthető ; vagy az, hogy hosszú periódusidejű rezgései jelentősen csökkenek. A fluoreszcencia intenzitásának változása rendkívül bonyolult 3
elmélettel írható csak le, ebben rengeteg effektust kell figyelembe venni, így az ilyen leegyszerűsített magyarázat ezt alátámasztó megfigyelés nélkül nem elfogadható. Pedig adódik egy egyszerű lehetőség erre: a gerjesztéshez használt hullámhosszon az elnyelés például könnyen mérhető, így alátámaszthatja, hogy valóban kisebb valószínűséggel történik-e gerjesztés a rendszerben a komplexképződés után. A másik példa a 3.2.1.7 alfejezetből származik. Itt megint egy pontatlan megfogalmazással indul a fejtegetés: fluoreszcencia élettartam biexponenciális kifejezés hibás, hiszen a fluoreszcencia élettartam egy szám, a biexponenciális pedig egy függvény tulajdonsága! Nyilván arra gondolt a Jelölt, hogy a fluoreszcencia időbeli lefutását legjobban biexponenciális függvénnyel lehet illeszteni, tehát valószínűleg két, különböző élettartamú gerjesztett állapot áll mögötte. A szavakon való lovagláson túl, az ebből való következtetés sem fogadható el azonban: azt valószínűsíti a Jelölt, hogy az egyik folyamat a két gyűrűs krománon, míg a másik az egy gyűrűs sziringolon játszódik le. Rengeteg más lehetőség is van. Aromás molekuláknak több, közelfekvő gerjesztett állapota is van, ezek között sugárzásmentes átmenetek is lehetségesek, amely úgyszintén biexponenciális fluoreszcenciagörbét eredményezhet. A fluoreszcencia spektrum vizsgálatával szerencsés esetben megállapítható lett volna, hogy valóban két átmenet esik-e a megfigyelt tartományba, a gerjesztési hullámhossz változtatásával pedig ezek intenzitásának a gerjesztési energiájától való függését lehetett volna megállapítani. Mindez segíthetett volna annak bizonyításában, hogy valóban két folyamat van-e és jel tényleg a két különböző aromás rendszertől származik-e. Már a legegyszerűbb kvantumkémiai számítás is adhatott volna ötletet arra nézve, hogy a gerjesztési hullámhossz közelébe milyen, a molekula melyik részéhez rendelhető átmenetek eshetnek. Azért emeltem ki ezt a példát, mert ezen a hipotézisen több későbbi következtetés is alapul, ezért nem mindegy, a valószínűleg igaz vagy nem. Egy MTA doktori dolgozattól szerintem elvárható az ilyen alaposság. Elírásokat a dolgozatban jeleztem, ebből nem találtam túl sokat. A tézisekkel kapcsolatban is nyilatkoznia kell a bírálónak. Már fentebb jeleztem, hogy a tézisfüzet megegyezik az összefoglalóval. 24 pontot tartalmaz, ami követhetetlenül sok. Ezek a legtöbb esetben az egyes cikkek összefoglalásai, csak néhány esetben fognak össze több cikket. Mivel az eredmények neves külföldi folyóiratokban kerültek elfogadásra, így nem látom okát annak, hogy bármely tézispont esetében megkérdőjelezzem a tudományos újdonságot. Azonban szerencsésebb lett volna az eredményeket tematikusan összefoglalni, az összetartozó eredményeket összefogni. Javaslom, hogy a védésre készüljön új tézisfüzet, ezzel is segítve a bírálóbizottság munkáját, a hallgatóság eligazodását. Végül néhány kérdés: 1) Mit ért a Jelölt alternáló mozgás -on a 31 oldalon? Valóban dinamikus effektusról van itt szó? 2) A 45. oldalon a 3.1.3.5 al-alfejezet végén az szerepel, hogy az oldószermolekulák komplexképződéskor megfigyelhető rendeződését kvantumkémiai számítások is megerősítik. Milyen számításokra gondol? 3) Lényegesek-e a dolgozatban tárgyalt aromás rendszerek fluoreszcencia-élettartamának értelmezéséhez a potenciálfelületen esetlegesen található kónikus átmetszések? 4) Valóban találhatók hétszeresen negatív töltésű kalix[4]rezorcinarén ionok vizes oldatban? 4
Összefoglalva: a benyújtott anyag alapján megállapítható, hogy a jelölt az MTA Doktori cím elnyeréséhez szükséges jelentős eredményekkel rendelkezik. Bár a dolgozat hagy némi kívánnivalót maga után, a cím odaítélését és a nyilvános vita kitűzését javaslom. Budapest, 2013. április 20. Dr. Szalay Péter az MTA doktora egyetemi tanár 5