دكتوراه كيمياء في جامعة ستوني بروك

قسم الكيمياء

يقدم قسم الكيمياء بكلية الآداب والعلوم دورات دراسية تؤدي إلى درجة ماجستير الآداب في تدريس الكيمياء، وماجستير العلوم، ودكتوراه في الفلسفة. الطلاب في M.A.T. يجب أن يسجل البرنامج من خلال مدرسة التطوير المهني. طالب في الدكتوراه. قد يختار البرنامج بحث أطروحة في أي من مجالات الكيمياء المتنوعة التي تمثلها اهتمامات أعضاء هيئة التدريس بالبرنامج، أو قد يختار موضوعًا متعدد التخصصات تحت إشراف أحد أعضاء هيئة التدريس في برنامج آخر. توجد أنشطة منسقة مع العديد من البرامج، وتشمل تركيزات اختيارية في الفيزياء الكيميائية والبيولوجيا الكيميائية.

مجالات البحث الحالية

الكيمياء الاصطناعية
إن تصنيع مركبات جزيئية جديدة هو ما يميز الكيمياء عن التخصصات العلمية الأخرى. على الرغم من أن العديد من التخصصات تدرس خصائص المواد والظواهر الطبيعية، إلا أن الكيمياء فقط هي التي تهتم بإعداد ترتيبات جزيئية جديدة. يمكن بسهولة تقدير نجاح الجهود الاصطناعية السابقة من خلال مراقبة مجموعة واسعة من المواد الجديدة التي حسنت نوعية حياتنا.

إن قسم الكيمياء في ستوني بروك محظوظ جدًا لوجود العديد من البرامج الاصطناعية القوية في كل من الكيمياء العضوية وغير العضوية. ومن بين الدراسات الجارية البحث عن تفاعلات تركيبية مبتكرة لإنتاج جزيئات جديدة، وتوليف هياكل جزيئية جديدة لتقييم نظرياتنا حول الروابط الكيميائية، وتوليف مركبات جديدة ذات خصائص فيزيائية غير عادية (الهندسة الجزيئية). التركيز الرئيسي في البرنامج يكمن في مجالات الكيمياء الحيوية العضوية والبيولوجية غير العضوية. يتم تطبيق الكيمياء الاصطناعية لفهم التفاعلات بين المستقبلات والركيزة وكذلك وظيفة الإنزيم، وتحضير الإنزيمات الاصطناعية، وآلية التطفير والتسرطن، وإعداد مركبات جديدة لعلاج الأمراض.

الكيمياء العضوية المعدنية
الكيمياء العضوية المعدنية هي مجال متعدد التخصصات يجمع بين العديد من جوانب الكيمياء العضوية وغير العضوية. هناك مجموعة واسعة من الأنظمة المعدنية العضوية قيد الدراسة باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات التركيبية والهيكلية والميكانيكية والنظرية. تركز الأبحاث التركيبية والهيكلية على مشاكل مثل كيمياء روابط فلز الكربون غير المشبعة في مجمعات الكربين المعدني والكارباين، وتثبيت الشظايا العضوية شديدة التفاعل من خلال التعقيد المعدني، وكيمياء مركبات الكربونيل المعدنية الانتقالية، وتطوير مركبات مفيدة. الكواشف الاصطناعية. تتضمن دراسات الحفز المتجانس أبحاثًا عن تفاعلات كربونات الفلور أوليفينات، والحلقات الصغيرة غير المتجانسة، والألكينيلاميدات، والجزيئات المماثلة، والتطبيقات التحفيزية للمركبات ذات روابط الكربون المعدني غير المشبعة. يتضمن العمل النظري دراسات أولية ومدارية جزيئية نوعية للمركبات المعدنية العضوية والامتصاص الكيميائي للجزيئات العضوية على الأسطح المعدنية وتقليل الميكانيكا الجزيئية لهندسة الروابط.

الكيمياء العضوية الهيكلية والميكانيكية
يتم فحص هياكل مجموعة واسعة من الجزيئات العضوية في ستوني بروك باستخدام العديد من التقنيات، بما في ذلك التحليل الطيفي الآلي عالي المجال FT-NMR (1H، 13C، 19F، وما إلى ذلك) وعلم البلورات بالأشعة السينية. يتم تشغيل برامج النمذجة الجزيئية، مثل Gaussian وMacromodel، على محطات عمل الرسومات الملونة من أجل ترشيد والتنبؤ بتطابقات وتفاعلات الجزيئات قيد الدراسة. يُستخدم التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) لدرجات الحرارة المتغيرة 1H و13C للتحقيق في التغيرات التوافقية في الدراجات الكبيرة والمضيفات الاصطناعية الأخرى لأيونات المعادن الضيف والجزيئات العضوية. يستخدم VT-NMR أيضًا للتحقيق في نقل البروتون في البوليامينات والتبادل بين الجزيئات لأيونات الضيف بين بروابط متعددة الأسنان. تُستخدم المجسات الكيميائية المجسمة لفحص آليات التفاعلات العضوية مثل العمليات الحلقية والمحاكاة الحيوية. تتم أيضًا دراسة آليات التفاعل من خلال تحديد أحجام التنشيط باستخدام مفاعلات في مختبر الضغط العالي والتي يمكن أن تصل إلى ضغوط أعلى من 200000 رطل لكل بوصة مربعة.

معهد البيولوجيا الكيميائية واكتشاف الأدوية في ستوني بروك (ICB&DD)
الهدف الأساسي لـ ICB&DD، الذي يديره البروفيسور المتميز إيواو أوجيما، هو أن يكون بمثابة "مركز للتميز" عالمي المستوى في البيولوجيا الكيميائية واكتشاف الأدوية في ستوني بروك. التقدم السريع والمثير للإعجابإن تطور البيولوجيا الكيميائية في العقد الماضي يوضح بوضوح أن الحلول للغالبية العظمى من المشاكل الطبية تعتمد على فهم الأساس الجزيئي للأمراض، والأهداف العلاجية، وتأثيرات الأدوية، ومقاومة الأدوية. يشجع ICB&DD الأبحاث التعاونية ومتعددة التخصصات عالية الإنتاجية بين الكيميائيين وعلماء الأحياء والكيميائيين الطبيين والصيادلة والأطباء لمهاجمة المشكلات الطبية الحيوية الرئيسية والهامة لإيجاد حلول بما في ذلك اكتشاف أدوية علاجية جديدة.

الكيمياء البيولوجية
يستخدم عدد كبير من أعضاء هيئة التدريس خبرتهم الكيميائية لاستكشاف التفاصيل الكيميائية والفيزيائية للظواهر البيولوجية. تشمل البرامج البحثية الكيمياء البيولوجية، وآليات الإنزيمات، وطي البروتين، وبنية الغشاء ووظيفته، والفيزياء الحيوية، والبيولوجيا الهيكلية. تُستخدم تقنيات مثل الرنين المغناطيسي النووي عالي الدقة، وحركية توقف التدفق، والتألق ومطياف رامان لاستكشاف بنية البروتين ووظيفته وقابليته للطي. يتم استخدام استراتيجيات كيميائية وتخليقية حيوية جديدة لتوليد جزيئات صغيرة لاستخدامها في فحص آليات الإنزيم واستكشاف تفاعلات مستقبلات الترابط.

الكيمياء غير العضوية
تهتم الكيمياء غير العضوية بتركيب وبنية وديناميكية المركبات التي تتكون من أكثر من 100 عنصر طبيعي وصناعي، وتغطي مجالًا بحثيًا واسعًا للغاية. تعد المركبات الجديدة والأساليب الاصطناعية الجديدة من بين أهداف أبحاث الكيمياء غير العضوية. وتتراوح هذه المركبات من مواد مهمة في التكنولوجيا إلى محفزات للعمليات الكيميائية الصناعية، والجزيئات الصغيرة الموجودة في الفضاء الخارجي، والمجمعات المعدنية التي تعمل كنماذج للمواد البيولوجية. تشمل المنهجيات المستخدمة في الكيمياء غير العضوية مجموعة واسعة من التقنيات الطيفية، والأساليب الحركية، وإجراءات توضيح الهياكل الهندسية والإلكترونية، والنظرية. يتم تمثيل اتساع وعمق الكيمياء غير العضوية بشكل جيد في ستوني بروك، كما يتضح من الأمثلة التالية للبحث الحالي: العمليات الديناميكية المنشطة حرارياً وضوئياً، على وجه الخصوص، تفاعلات نقل الإلكترون؛ الدراسات الاصطناعية والهيكلية لنظائرها في المواقع النشطة للإنزيمات المعدنية مثل بروتينات الزنك التي تنظم نسخ الجينات وبروتينات الحديد والكبريت عالية الإمكانات؛ تنشيط الجزيئات الصغيرة بواسطة المجمعات المعدنية الانتقالية والحفز المتجانس؛ كيمياء الروابط المعدنية الكربونية غير المشبعة في المركبات وحيدة النواة وفي التجمعات الجزيئية الموسعة؛ الحسابات المدارية الجزيئية وطرق الميكانيكا الجزيئية المطبقة على المركبات العنقودية المعدنية الانتقالية والمواد المعدنية العضوية ذات الصلة؛ دراسات الرنين المغناطيسي النووي للزيوليتات والمحفزات المدعومة.

الرنين المغناطيسي
يتراوح الرنين المغناطيسي في قسم الكيمياء بين دراسات في علم وظائف الأعضاء إلى دراسات في الفيزياء الكيميائية. تشمل المواضيع قيد البحث استخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي في الحالة السائلة والصلبة (NMR) وتقنيات التصوير الجزئي مع دوران مستقر 1/2 ونويدات رباعية الأقطاب لدراسة الأنظمة غير العضوية والعضوية والبيولوجية والحية. تستخدم المشاريع قيد التنفيذ مجموعة من التقنيات الطيفية للرنين المغناطيسي النووي الأحادية والأبعاد N وتقنيات التصوير الجديدة لتوضيح العمليات الكيميائية وتحديد هياكل الجزيئات البيولوجية والعضوية في المحلول.

يتم تطوير طرق الرنين المغناطيسي النووي الجديدة لتحديد هياكل الجزيئات الدقيقة والكبيرة كما هي موجودة في المواد الصلبة غير المنتظمة ولدراسة بنية وديناميكية الجزيئات في الحالة البلورية السائلة وتلك الممتصة على الأسطح الصلبة. ويجري تطوير تقنيات الرنين المغنطيسي الإلكتروني النبضي (EPR) لدراسة الإنزيمات المعدنية والموصلات العضوية والجزيئات الأخرى.

مرفق Stony Brook NMR http://www.stonybrook.edu/commcms/nmr/ هو مرفق على مستوى الحرم الجامعي يخدم الاحتياجات التعليمية والبحثية لمجتمع الجامعة. من خلال وجود أجهزة قياس الطيف في موقعين مختلفين، قسم الكيمياء ومركز الطب الجزيئي (CMM)، يوفر مرفق الرنين المغناطيسي النووي إمكانية الوصول إلى الأجهزة للطلاب وطلاب ما بعد الدكتوراه والباحثين في مجالات بحثية متنوعة بما في ذلك البيولوجيا الهيكلية والكيمياء والفيزياء الحيوية وعلوم المواد. . تم تحديث المنشأة مؤخرًا بمقاييس طيف بروكر الجديدة، ولديها إجمالي تسعة أجهزة تعمل بترددات بروتون من 300 إلى 850 ميجاهرتز.

جزيئات كبيرة
مع تطوير حيود الأشعة السينية وتشتت الأشعة السينية ذات الزاوية الصغيرة (SAXS) في X3 Beamline بجامعة ولاية نيويورك في مصدر ضوء السنكروترون الوطني في Brookhaven National المختبر والبوليمر والكروم الحيويتمتلك مجموعة الفيزياء الجزيئية، كونها أعضاء في فريق البحث المشارك (PRT)، واحدة من أقوى مرافق نثر الأشعة السينية في البلاد. تستفيد التجارب في ستوني بروك من مجموعة واسعة من التقنيات التكميلية مثل SAXS، وتشتت ضوء الليزر، والتحليل الطيفي لارتباط الفوتون، واستعادة التبييض الضوئي الفلوري، والتحليل الطيفي للاسترخاء المجسم، والانكسار الكهربائي العابر، وأشكال مختلفة من التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. يمكن لعلماء ستوني بروك إجراء قياسات لتحديد البنية والسلوك الديناميكي للمواد البوليمرية المتقدمة، والأنظمة فوق الجزيئية، والجزيئات الحيوية. يمكن دراسة العمليات المعتمدة على الوقت باستخدام تجارب إيقاف التدفق، والتدفق الثابت، وقفز الضغط، وقفز درجة الحرارة جنبًا إلى جنب مع إمكانيات حل الوقت باستخدام مصادر إشعاع مكثفة مثل الليزر النبضي وإشعاع السنكروترون. توجد فرص لا مثيل لها للبحث متعدد التخصصات باستخدام أدوات فريدة ومبتكرة في مواد البوليمر، وفيزياء البوليمر، وعلوم الغروانية، والكيمياء الفيزيائية الحيوية.

تفاعلات جزيء الفوتون
أدت التطورات الحديثة في استخدام الليزر لدراسة التركيب الجزيئي والديناميكيات إلى ثورة في مجالات التحليل الطيفي والديناميكيات الجزيئية. يمكن الآن دراسة التفاصيل الدقيقة حول بنية الذرات والجزيئات وتفاعلاتها إلى حد لم يكن ممكنًا من قبل. في هذا البرنامج، تتراوح الأنظمة التي يتم دراستها بواسطة التحليل الطيفي بالليزر من الذرات والجزيئات ثنائية الذرة إلى البلورات الجزيئية والبوليمرات. في هذه الأنظمة يتم دراسة خصائص مختلفة، بما في ذلك التفاعلات غير الخطية مع مجال الإشعاع، والبنية الإلكترونية المثارة، والتحولات غير الإشعاعية، وآليات التأين، وتفاعلات المجال البلوري، والتفاعلات الكيميائية الضوئية، بالإضافة إلى عمليات نقل الإلكترون والطاقة. يعد التحليل الطيفي للتلألؤ، وإثارة التلألؤ، والتأين متعدد الفوتون، والتحليل الطيفي الكهروضوئي متعدد الفوتون، والتحليل الطيفي رامان، والتحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية الفراغية من بين التقنيات المستخدمة والمطورة لفهم أكبر للأنظمة الذرية والجزيئية.

التحليل الطيفي للأشعة السينية الناعمة
يوفر مصدر ضوء السنكروترون الوطني في مختبر بروكهافن الوطني، الذي يقع على بعد 15 ميلاً فقط من ستوني بروك، فرصًا فريدة للبحث الرائد في الكيمياء. يعد السنكروترون والأجهزة المرتبطة به مصادر لا مثيل لها للأشعة السينية عالية الكثافة والأشعة فوق البنفسجية الفراغية. يستخدم أحد مجالات البحث الحالية الأشعة السينية الناعمة، والفوتونات ذات الطاقات من 100 إلى 1000 فولت، لدراسة إثارة واسترخاء الإلكترونات الأساسية في الجزيئات. نظرًا لأن الإلكترونات الأساسية، على سبيل المثال، إلكترونات الكربون 1s، مرتبطة بإحكام بالذرات الفردية، فإن طاقة الإثارة تتمركز بشكل أساسي على ذرة معينة في الجزيء. هذا التوطين لديه القدرة على إنتاج كيمياء ضوئية ذات خصوصية أكبر بكثير للموقع الذري مما يمكن تحقيقه عن طريق إثارة إلكترونيات التكافؤ بالضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية.

كيمياء السطح
الحفز والتآكل والاحتكاك هي بعض الأمثلة على العمليات المألوفة التي تحدث على الأسطح الصلبة. يحاول مجال كيمياء الأسطح كشف وفهم المبادئ الكيميائية الأساسية التي تكمن وراء هذه الظواهر. في Stony Brook، نقوم بالبحث بنشاط حول كيفية تأثير البنية الإلكترونية والهندسية للسطح على انتقائيته الكيميائية وتفاعليته أثناء العمليات السطحية مثل الحفز وترسيب البخار الكيميائي للمعادن من السلائف الفلزية العضوية. بالإضافة إلى ذلك، نحن مهتمون بفهم التفاعلات بين الأيونات النشطة والأسطح في كل من تفاعلات الغلاف الجوي وحفر المعادن. تتوفر ترسانة من التقنيات المتطورة لإثبات البنى الهندسية والإلكترونية لسطح متفاعل على المستوى الذري. تُستخدم تقنيات مثل التحليل الطيفي للإلكترون أوجيه (AES) والتحليل الطيفي لفقد طاقة الإلكترون عالي الدقة (HREELS) لتحديد تكوين السطح، في حين تُستخدم فوتونات الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية بشكل شائع لإخراج الإلكترونات الضوئية من السطح (والتي تكون تحليل الطاقة) مما ينتج عنه معلومات البنية الإلكترونية. هناك تقنية أخرى، وهي حيود الإلكترون منخفض الطاقة (LEED)، تستغل الطبيعة الموجية للإلكترونات وتستخدم للمساعدة في تحديد البنية الهندسية للسطح. يتم استكمال هذه التقنيات، المستخدمة بشكل روتيني في ستوني بروك، بتقنيات البنية الدقيقة القوية لامتصاص الأشعة السينية الممتدة والقريبة من الحافة (EXAFS وNEXAFS)، المتوفرة في مصدر ضوء السنكروترون الوطني في مختبر بروكهافن الوطني القريب.

الكيمياء النظرية
تحقيقات نظرية لوايهناك مجموعة متنوعة من الظواهر الكيميائية الجارية في ستوني بروك. تهتم برامج البحث في نظرية البنية الإلكترونية بتطوير الشكليات والتقنيات الحسابية. وتشمل التطبيقات تحديد الشكل الهندسي، والتحولات الطيفية، ومسارات التفاعل للجزيئات الممتصة كيميائيًا على الأسطح المعدنية؛ حساب بنية الجزيئات في حالات ريدبيرج شديدة الإثارة؛ وتقييم السعات الاحتمالية للإثارة متعددة الفوتونات وحساب التصحيحات المولدة والوصلات المولدة والضغوط المدارية في الجزيئات الصغيرة. وفي مجال الميكانيكا الإحصائية يتم الجمع بين التحليل والمحاكاة العددية للحصول على خواص السوائل والمحاليل الأيونية من خواص الجزيئات المكونة لها وتفاعلاتها. يركز الكثير من هذا العمل على حساب وظائف الارتباط الزوجي، وخصائص النقل ومخططات الطور العازل، وتأثيرات المذيبات، ومعدلات تفاعلات نقل الإلكترون. تتضمن الأعمال الحالية الأخرى نظرية تفاعلات جزيء الفوتون، والمجموعات الكمية، وديناميكيات جان-تيلر، وعمر الحالات الجزيئية شبه المستقرة. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يقوم الطلاب بعمل نظري يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالبرامج التجريبية النشطة تحت التوجيه المشترك للمنظر والتجريبي.

الكيمياء النووية والنظائرية
ركزت أبحاث الكيمياء النووية في ستوني بروك على التفاعلات الناتجة عن حزم الأيونات الثقيلة. يتم الحصول على الحزم من المسرعات الموجودة في ستوني بروك، بيركلي، شيكاغو، ميشيغان، وفرنسا. تنتج التفاعلات نوى ذرية شديدة الحرارة وسريعة الدوران، والتي تتم دراستها من خلال مراقبة الجزيئات والشظايا المنبعثة. تسمح طاقاتها وزوايا انبعاثها بإعادة بناء خصائص النوى الباعثة الساخنة وآلية إنتاجها.

تتعامل الكيمياء النظائرية مع الاختلافات الصغيرة في الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة والتي يعود أصلها إلى الاختلاف الكتلي لنظائر العنصر. وعلى الرغم من أن التأثيرات صغيرة، إلا أنه يمكن قياسها بدقة عالية. بشكل عام، التأثيرات هي تأثيرات كمومية، وقد أثبت قياس تأثيرات النظائر أنه طريقة فريدة لدراسة القوى الجزيئية والقوى بين الجزيئات. وجدت دراسات تأثير النظائر تطبيقًا في الفيزياء الكيميائية، والكيمياء العضوية، والكيمياء الحيوية، والكيمياء الجيولوجية، والأنثروبولوجيا. توجد تطبيقات عملية في عمليات فصل النظائر. وتتركز جهودنا الحالية على تنظيم كيمياء النظائر.

قسم الكيمياء

الرئيس
بيتر ج. تونج، مبنى الكيمياء 779 (631) 632-5797

مدير برنامج الدراسات العليا
إسحاق كاريكو، مبنى الكيمياء 533 (631) 632-7935

مدير برنامج الماجستير
سوزان أوتيس، مبنى الكيمياء 104 (631) 632-1571

منسق شؤون الطلاب
كاثرين إم هيوز، مبنى الكيمياء 104 (631) 632-7886

الدرجات العلمية الممنوحة
م.س. في الكيمياء؛ دكتوراه. في الكيمياء

موقع ويب
http://www.stonybrook.edu/commcms/chemistry/

التطبيق
https:// Graduateadmissions.stonybrook.edu/apply/