J.Nowicka-Scheibe-recenzja-prof.J.Langer

Prof. dr hab. Jerzy J. Langer
Wydział Chemii
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza
ul. Umultowska, 89B, 61-614 Poznań
Recenzja dorobku dr inż. Joanny Nowickiej-Scheibe w postępowaniu habilitacyjnym
Ocena opiera się na informacjach i materiałach przedstawionych przez Panią
dr inż. Joannę Nowicką-Scheibe w formie autoreferatu oraz wymaganych załączników,
stanowiących dokumentację wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego.
Dr inż. Joanna Nowicka-Scheibe ukończyła studia magisterskie o specjalności chemia i
technologia organiczna na Politechnice Szczecińskiej w roku 1981, jako magister inżynier
chemik. W tym też roku podjęła pracę na etacie asystenta w Instytucie Chemii Podstawowej
w Zakładzie Chemii Organicznej Wydziału Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechniki
Szczecińskiej.
Pracę doktorską w zakresie chemii organicznej (pt. "Synteza i właściwości kompleksów z
wewnątrzcząsteczkowym wiązaniem wodorowym (NHN)+ i (NHN)-), wykonała i obroniła
na Uniwersytecie Wrocławskim w roku 1996. Od tego czasu do dnia dzisiejszego jest
zatrudniona na etacie adiunkta w Instytucie Chemii i Podstaw Ochrony Środowiska w
Zakładzie Chemii Organicznej Wydziału Technologii i Inżynierii Chemicznej
Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
Prezentowane osiągnięcia naukowe Habilitantki obejmują jednolity cykl publikacji pod
ogólnym tytułem " Synteza i badania związków organicznych o potencjalnych
właściwościach optycznie nieliniowych", na który składa się 14 prac opublikowanych w
czasopismach naukowych o międzynarodowym zasięgu, ze średnim współczynnikiem
wpływu (oddziaływania, impact factor) IF około 1.6 . Przedmiotem programu badawczego
jest więc synteza związków organicznych o potencjalnych nieliniowych właściwościach
optycznych oraz badania ich właściwości, ze szczególnym uwzględnieniem nieliniowych
zjawisk optycznych.
To bardzo aktualna tematyka o licznych ważnych zastosowaniach naukowych i technicznych
(zwłaszcza w optoelektronice), ale także w diagnostyce medycznej.
Typowy chromofor molekularny, występujący w materiałach wykazujących nieliniowe
właściwości optyczne (NLO), stanowi układ D-π-A, gdzie D jest donorem, A-akceptorem
1
elektronów, π - mostkiem sprzęgającym. Tak zbudowany układ podstawowy jest optymalizowany
pod względem charakterystyki NLO przez wybranie odpowiedniej struktury sprzężonego mostka,
zwiększenie siły oddziaływania oraz liczby grup donorowych i akceptorowych, zmianę charakteru
mostków sprzęgających, zwiększenie długości układu sprzężonego w mostku. Kombinacja tych
elementów modyfikacji struktury jest skutecznie stosowana w większości konstruowanych
cząsteczek o oczekiwanych właściwościach NLO. Wymagania dla konkretnych aplikacji mogą
być różne, generalnie jednak, w projektowaniu nowych materiałów o właściwościach NLO
uwzględnia się ich wysoką przeźroczystość, dużą hiperpolaryzowalność i stabilność termiczną.
Ze szczególną uwagą poddano badaniom związki posiadające w swojej strukturze szkielet
benzoksazyno-benzoksazyny, które krystalizują w niecentrosymetrycznych grupach
przestrzennych, spełniając tym samym zasadniczy warunek dla układów o nieliniowych
właściwościach optycznych, co pozwala zakwalifikować je jako materiały o potencjalnym
zastosowaniu w optoelektronice.
Celem Habilitantki było właśnie poszukiwanie nowych związków organicznych o
niecentrosymetrycznej strukturze molekularnej, które mogą być potencjalnymi materiałami
wykazującymi nieliniowość optyczną (NLO) oraz inne efekty elektro-optyczne. Program
badawczy obejmował syntezę i charakterystykę spektroskopową nowych związków (tzw.
propellanów) opartych na szkielecie benzoksazyno-benzoksazyny, ale także otrzymanie i badania
kompleksów molekularnych, utworzonych zarówno poprzez wiązania wodorowe, jak i
przeniesienie ładunku, tzw. kompleksów "charge transfer" (CT). Te ostatnie materiały były
obiektem szeroko zakrojonych badań fizykochemicznych prowadzonych we współpracy z innymi
ośrodkami naukowymi, niezależnie od niecentrosymetryczności struktury i potencjalnych
właściwości nieliniowych NLO.
Na uwagę zasługują również osiągnięcia w zakresie syntezy. Otrzymane zostały nowe związki
oraz poczynione obserwacje unikatowego przebiegu syntez. Ogólnie, sposoby reagowania
diketonów z podstawionymi orto-aminofenolami okazały się być na tyle zróżnicowane, że
doprowadziło to do nieznanych wcześniej związków, a same procesy można było zaliczyć do
bardzo ciekawych pod względem syntetycznym.
Wzbogacenie tematyczne stanowi cykl prac dotyczący syntezy oraz badań właściwości kilkunastu
kompleksów molekularnych (strukturalnych i dynamicznych), utworzonych poprzez wiązanie
wodorowe (HB), jak i przeniesienie ładunku, tzw. kompleksów "charge transfer" (CT).
Potencjalne nieliniowe właściwości optyczne oceniane były na podstawie wyników badań
rentgenostrukturalnych - grupy przestrzennej kryształu kompleksu, kwalifikującej dany układ jako
strukturę niecentrosymetryczną. Badane były również przejścia fazowe (metodą kalorymetryczną,
2
DSC) w poszukiwaniu reorientacji molekuł w kryształach z jednoczesną zmianą symetrii w
kierunku niecentrosymetryczności.
Rozszerzone badania kompleksów HB i CT, związane z tematyką realizowanych grantów,
dotyczyły dynamiki molekularnej w zakresie niskich częstości. Wykonane zostały
dyfrakcyjne pomiary rentgenowskie, badania neutronograficzne, a także pomiary
spektroskopowe IR i Ramana oraz pomiary kalorymetryczne DSC. Najbardziej przydatne w
badaniach dynamiki (rotacji) grup metylowych, występujących w strukturach donorowych
składników kompleksów, okazały się metody wykorzystujące nieelastyczne i quasielastyczne
rozpraszanie neutronów termicznych (INS i QENS). W tym zakresie realizacja programu
opierała się o współpracę ze Zjednoczonym Instytutem Badań Jądrowych w Dubnej w Rosji,
Uniwersytetem Technicznym w Monachium i Ośrodkiem Badań Neutronowych Heinz MaierLeibnitz w Garching, w Monachium oraz Ośrodkiem Badań Neutronowych w Julich.
Zaobserwowano wpływ niekonwencjonalnych wiązań wodorowych na energię drgań, torsyjnych
grup metylowych; wykazano, że najsłabsze wiązania C-H...π wpływają w najmniejszym stopniu
na energię drgań torsyjnych grup metylowych, a silne wiązania wodorowe typu C-H...O powodują
wzrost energii drgań grup metylowych; stwierdzono też, że grupy metylowe mogą być traktowane
jako wskaźniki oddziaływań z przeniesieniem ładunku CT: im silniejsze oddziaływanie CT, tym
niższa bariera potencjału rotacji grup metylowych w kompleksach CT - częstości drgań grup
metylowych maleją wraz ze wzrostem stopnia przeniesienia ładunku elektrycznego.
Wśród nowych związków organicznych z badanej grupy, o potencjalnych nieliniowych
właściwościach optycznych, szczególnie interesujący okazał się kompleks 6,6'- dimetylo-2,2'bipirydyny z kwasem chloranilowym, krystalizujący w niecentrosymetrycznej grupie P21, co
pozwala oczekiwać występowania nieliniowych efektów optycznych (NLO).
Poza tematem jednolitego cyklu publikacji, Habilitantka legitymuje się dobrze notowanymi
publikacjami o rozszerzonym zakresie tematycznym w obszarze badań wiązań wodorowych,
dynamiki molekuł, a także syntezy, w tym znaczną aktywnością w realizacji projektów
badawczych. Odnotować należy również duże zaangażowanie w działalności dydaktycznej
(wykłady, zajęcia laboratoryjne). Na uwagę zasługują efektywnie wykorzystane staże
zagraniczne oraz aktywny udział w licznych konferencjach naukowych, w przewadze o
statusie międzynarodowym.
W swojej karierze naukowej, Habilitantka prowadziła wieloletnie badania nad
wewnątrzcząsteczkowym wiązaniem wodorowym, w tym układów tzw. "gąbek protonowych" i
ich kompleksów, co było podstawą pracy doktorskiej obronionej na Uniwersytecie Wrocławskim
w czerwcu 1996r. Promotorem pracy zatytułowanej "Synteza i właściwości kompleksów z
3
wewnątrzcząsteczkowym wiązaniem wodorowym (NHN)+ i (NHN)-” był prof. dr hab. Eugeniusz
Grech.
Po uzyskaniu w 1996r. stopnia doktora nauk chemicznych w zakresie chemii organicznej,
Habilitantka kontynuowała współpracę z zespołem Prof. dr hab. L. Sobczyka w zakresie badań
nad syntezą i reaktywnością sulfonamidów, będących pochodnymi naftalenu i benzenu,
otrzymując szereg nowych związków organicznych o właściwościach N-H kwasów i gąbek
protonowych, a także ich kompleksów. Badania te były realizowane w ramach grantu KBN
"Teoretyczne i eksperymentalne badania kształtu potencjału w wiązaniach wodorowych o niskich
barierach" (3T09A03416).
Część prac związana z syntezą i badaniami dotyczącymi właściwości dynamicznych pochodnych
benzochinonu oraz kompleksów molekularnych tworzących się za pośrednictwem silnych wiązań
wodorowych lub znacznego przeniesienia ładunku, była finansowana w ramach grantu KBN
„Wpływ oddziaływania „charge-transfer”(CT) na dynamikę grup CH3” (4T09A05125),
realizowanego w latach 2003-2006.
W późniejszym okresie, do badań kompleksów wykorzystano m.in. metodę nieelastycznego
rozpraszania neutronów (INS), co było możliwe po nawiązaniu współpracy z Międzynarodowym
Laboratorium w Dubnej i Międzynarodowym Laboratorium w ILL w Grenoble, a także
Technische Universitaet Muenchen, Forschungs-Neutronenquelle, Heinz Maier-Leibnitz FRM-II
85747 Garching, w Monachium. Badania były wykonywane w ramach grantu „ Zastosowanie
metod rozpraszania neutronów do badania kompleksów z silnymi wiązaniami wodorowymi i z
przenoszeniem ładunku” (KBN Nr N N204 249734) w latach 2008-2010.
Otrzymane kompleksy, posłużyły również jako obiekt badań w obszarze poszukiwań
wymienionych wcześniej nowych materiałów organicznych o potencjalnych nieliniowych
właściwościach optycznych, wchodzących w zakres przedstawionej kompilacji prac.
W bliskiej przyszłości, planowane są badania dla potwierdzenia optycznych właściwości
nieliniowych otrzymanych związków o strukturze niecentrosymetrycznej - w ramach współpracy
z Instytutem Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN we Wrocławiu, co stanowi istotne
uzupełnienie programu.
Zainteresowania naukowe Habilitantki obejmują także badania w obszarze zastosowań
biomedycznych, w związku z uczestnictwem w realizacji grantu Narodowe Centrum Nauki (N
N204 219640) pt. "Synteza oraz badania aktywności przeciwnowotworowej nowych, potencjalnie
bioizosterycznych pochodnych pirymidyno-2-tionu i pirydyno-2-tionu".
Pełny dorobek naukowy to: 45 publikacji (w tym 39 po doktoracie) o łącznym „wskaźniku
wpływu” (ang. impact factor, IF) równym 72.449, 1 patent, 1 zgłoszenia patentowe, 37 wystąpień
konferencyjnych, w tym: 22 na konferencjach międzynarodowych i 15 na konferencjach
4
krajowych. W znaczącej części prac odnotować należy istotny wkład Habilitantki - zwłaszcza tych,
które stanowią wyodrębnioną część tematyczną. Pewnym niedostatkiem jest brak eksperymentów
weryfikujących bezpośrednio potencjalne nieliniowe właściwości optyczne.
Podsumowując, przedstawione materiały prezentują wartościowy dorobek Habilitantki, są
świadectwem Jej skutecznej aktywności naukowej, organizacyjnej i dydaktycznej, w tym także
zdolności do szerokiej współpracy w realizacji celów naukowych, nie wyłączając tych o charakterze
aplikacyjnym.
Biorąc pod uwagę całokształt dorobku, wnoszę do Rady Wydziału Chemii Uniwersytetu im.
Adama Mickiewicza w Poznaniu o dopuszczenie Pani dr inż. Joanny Nowickiej-Scheibe do
dalszych etapów postępowania habilitacyjnego.
Prof. dr hab. Jerzy J. Langer
Wydział Chemii
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza
w Poznaniu
Poznań, 2 grudnia 2013
5