Aminoffpriset 2013

Kungl. Vetenskapsakademien (KVA) har beslutat att Gregori Aminoffpriset i kristallografi 2013 tilldelas Carlo Gatti, Institute of Molecular Sciences and Technology, Italian National Research Council (CNR-ISTM), Milano, Italien och Mark Spackman, University of Western Australia, Crawley, Australien

”för utvecklandet av experimentella och teoretiska metoder för att analysera elektrondensitet i kristaller, och användandet av desamma för att fastställa molekylära och kristallina egenskaper”.

Kristallens natur – analyserad med röntgenstrålning och tolkad i Italien och Australien

Kristallografi är vetenskapen om fasta ämnens atomära uppbyggnad. För att visa en kristalls atomstruktur kan man använda sig av så kallad röntgenkristallografi. Man riktar en röntgenstråle mot en kristall, vilket ger upphov till ett diffraktionsmönster som i sin tur kan omvandlas till en 3D-modell av kristallen. Den här tekniken används flitigt inom geologi, fysik, kemi, biologi, medicin och materialvetenskap, bland annat för att fastställa mineralers egenskaper, proteiner och DNA-strukturer och för att ta fram nya hållbara material.

Carlo Gatti och Mark Spackman har oberoende av varandra utvecklat begrepp med beröringspunkter i kvantkemin för att analysera distributionen av elektrondensitet; och det genom användandet av multipolär analys av högupplösta data från röntgenkristallografi. De har på ett avgörande sätt demonstrerat och kvantifierat vätebindningens roll i molekylära system. Kännedom om laddningsdensitet, så kallad charge density topology, är viktig vid klassificering av kemiska bindningars typ och styrka i fasta ämnen och molekyler.

Läs vidare om pristagarnas forskning nedan.

Priset kommer att delas ut på Kungl. Vetenskapsakademiens högtidsdag den 5 april 2013.

Prissumma

100 000 kronor att delas lika mellan pristagarna.

Pristagarna

Carlo Gatti, Italiensk medborgare. Född 1954. Fil.dr i kemi (1978) vid universitetet i Milano. Forskare vid Institute of Molecular Sciences and Technology, Italian National Research Council (CNR-ISTM), Italien.

Mark Spackman, Australisk medborgare. Född 1954. Fil.dr i teoretisk kemi (1989) vid University of Western Australia. Professor vid och chef för School of Chemistry and Biochemistry, University of Western Australia, Australien.

Mer information om pristagarnas forskningsområden

Carlo Gattis så kallade source function (Bader & Gatti, 1998), har kommit att bli ett nyckelverktyg som gör det möjligt att visualisera kemiska bindningar och andra fundamentala kemiska egenskaper enbart med hjälp av observerade data om elektrondensitet och dess derivat. Funktionen balanserar den observerade densiteten vid vilken punkt i kristallen som helst med summan av atomernas bidrag. Elektrondensiteten kan erhållas från högupplösta röntgenkristallografiska data som registreras vid låga temperaturer för att motverka termiska spridningseffekter. Inom röntgenkristallografin och materialvetenskapen har Gattis source function använts i stor omfattning för att förstå en mängd olika bindningssätt.

Mark Spackman uppfann och implementerade en ny metod för att indela en kristallrymd i molekylära och atomära volymer som avgränsas av så kallade Hirshfeld-ytor, vilket ger en kvantitativ bild av både art och styrka i interatomära och intermolekylära interaktioner. I en första artikel (Spackman & Byrom, 1997) fokuserade han på spridningen av elektroner som härletts från röntgenkristallografi av urinämne, och visade tydligt hur betydelsefull en analys av Hirshfeld-ytor kunde vara. Figur (a) visar relief och kontur för Hirshfelds viktfunktion (w)r på det molekylära planet; den visar hur (w)r är platt i närheten av molekylens atomer, vid ett värde nära 1,0, och ett brant avtagande när avståndet från molekylen ökar. Figur (b) är en konturkarta över molekylens elektrondensitet, medan figur (c) visar den täta packningen i urinämneskristallen med molekyler som närmar sig varandra men skiljs åt av intermolekylära tomrum. De intermolekylära tomrummen är nästan i total avsaknad av elektrondensitet. Hirshfeld-analyser har vunnit mark i och med användandet av CrystalExplorer, en mjukvara för kristallanalys och -manipulation vars utveckling Spackman aktivt har medverkat till.

Referenser

Bader, R.F.W. & Gatti, C. (1998) A Green’s function for the density. Chemical Physics Letters, 287 (3–4): 233–238.

Spackman, M.A. & Byrom, P.G. (1997) A novel definition of a molecule in a crystal. Chemical Physics Letters, 267: 215–220.

Kontakt