ČÍM SE ZABÝVÁME NA

KATEDŘE CHEMIE

Boranová chemie

•Úvod: •Hydridy boru •Tvoří 3D klastry •Stabilní vůči gama záření •Proniká buněčnými membránami

•Použití: •Nosiče léčiv •Inhibice HIV-1 proteázy •BNCT (léčba tumoru) •Derivatizační činidla •Modifikace povrchů •Separace lanthanoidů z radioaktivního odpadu

•Zaměření výzkumu: •Syntéza a reakce nových heteroboranů a jejich derivátů •Syntéza nosičů léčiv •Modifikace textilních povrchů

Projekt CACTU •Úvod:

•MEŘO (methylester řepkového oleje) jako součást biopaliva → methanol jako problematická složka •Problém s využitím kafilérních tuků (prakticky se jedná o odpadní surovinu při zpracování masa, olejů a tuků a mrtvých zvířat) •Možné využití ethylesterů jako součást biopaliv → ethanol jako méně riziková složka vznikající přírodními procesy

•Použití: •Možnost zpracování kafilérních tuků jako suroviny • Použití jako nová (ekologičtější a levnější) biopaliva

•Spolupráce: •UNIPETROL RPA s.r.o. •UniCRE, a. s. •Oleochem, a.s.

•Zaměření výzkumu: •Syntéza ethylesterů z čistých látek •Zpracování kafilérních tuků pro syntézu ethylesterů •Modifikace kafilérních tuků a ethylesterů boranem pro jejich následné stanovení

Projekt UniQSurf •Spolupráce:

•Katedra biologie PřF •Katedra chemie PřF •Katedra fyziky PřF •Ústecké materiálové centrum

•Úvod: •Dendrimery jsou makromolekulární sloučeniny s nízkou polydisperzitou (malým rozptylem molekulových hmotností). Příklady

Si SiSi

Si

Si

Ti ClCl

Si

Ti ClCl

Si

Si

Si

n

n

TiClCl

Si

TiClCl

Si

Si

Si

n

n

TiCl Cl

Si

TiClCl

Si

Si

Si

nn

n

TiCl Cl

Si

TiClCl

Si

Si

Si

n

n

Si Si

Ti ClCl

Si

Ti ClCl

Si

Si

Si

n

n

Ti ClCl

Sin

Ti ClCl

Sin

Si

TiCl Cl

Si

TiClCl

Si

Si

Si

n

n

TiClCl

Sin

TiClCl

Sin

Si

TiCl

Cl

Si

TiCl

Cl

Si

SiSi

n n

TiCl Cl

Si

n

TiClCl

Sin

Si

TiCl

Cl

Si

TiCl

Cl

Si

SiSi

nn

TiClCl

Si

n

TiCl Cl

Si

n

Si Si SiTi Cl

Cln

SiSi

TiClCl

n

Si

Si

TiCl Cl

n

Si

Si

TiClCl

n

Si

Ti ClCl

Si

Sin

Ti ClClSi

n

TiCl

Cl

Si

Si

n

TiCl Cl

Sin

TiCl Cl

Si

Sin

TiClCl Sin

TiCl

Cl

SiSin

TiClCl

Si

n

4, n = 15, n = 36, n = 5

7, n = 18, n = 39, n = 5

10, n = 111, n = 312, n = 5

13, n = 114, n = 315, n = 5

m = 4m = 8m = 16

n = 1n = 2n = 3

(1)(2)(3)

(4)(5)(6)

Gn-1m

Gn Sim

I

Gn Sim

P+

Gn Sim

N+

ClHSi

Gn Sim

Cl

m = 4m = 8m = 16

n = 1n = 2n = 3

(10)(11)(12)

m = 4m = 8m = 16

n = 1n = 2n = 3

(7)(8)(9)

m = 4m = 8m = 16

n = 1n = 2n = 3

m = 4m = 8m = 16

n = 1n = 2n = 3

(tetraallylsilane)(G1allyl8)(G2allyl16)

[Pt] NaI

PMe3

NMe3m I-

m I-

Výzkum: V části projektu, kterou řeší katedra chemie se soustředíme na karbosilanové dendrimery (obsahující v interiéru dendrimeru jen atomy uhlíku, křemíku a vodíku), které jsou povrchově substituovány biokompatibilními skupinami

Využití: Bioadhezivní povrchy, cílený transport léčiv

Fluorová chemie – katalýza Úvod: Fluorová (v angličtině fluorous) chemie se zabývá vlastnostmi látek s polyfluoralkylovými řetězci, které mají neočekávané fázové chování

Výzkum: Zabýváme se mimo jiné syntézou a charakterizací fluorovaných iontových kapalin

I SiRf 6

3

HN(CH3)2(3 eq.)

N SiRf 6

3

N+ SiRf 6

3

CH3I

I-

N N SiRf 6

3I-

N N SiRf 6

3BF4

-

N N SiRf 6

3PF6

-

N N

NaBF4NH4PF6

Využití: Katalýza, například následující reakce

O OHcat., DBU, fenol

toluen, 100 °C

O

O

N

N

SiC6F13

C6F13

C6F13

X

cat=

Chemie porfyrinu •Úvod:

•Tetrapyrrolový makrocyklus. •Přirozeně se vyskytující (například součást hemu) •Konjugované dvojné vazby •Specifické optické, fotochemické a biologické vlastnosti

•Použití: •Farmakologie (nosiče léčiv, léčiva, farmakokinetika) •Biomimetika •Supramolekulární chemie •Nanotechnologie •V komplexu s kovem – homogenní katalyzátor •Součásti pigmentů

•Zaměření výzkumu: •Syntéza porfyrinu a jeho následná konjugace s reaktanty

Pyrrol

Porfyrin

Analytická chemie

• Metody analytické chemie • Chemické metody analýzy – kvalitativní analýza, gravimetrie, odměrná analýza (titrace) • Instrumentální metody – využití přístrojové techniky • Využití matematiky, statistiky a informačních technologií- chemometrie

• Analytické chemie na katedře chemie • Výuka: klasické metody analýzy i nejnovější instrumentální metody • Výzkum a vývoj v oblasti separačních, spektrálních a elektrochemických metod • Stanovení toxických látek v životním prostředí (kovy, organické látky) • Aplikace analytických metod při zkoumaní struktury a vlastností nově syntetizovaných látek využitelných v průmyslu nebo medicíně

• Co zkoumá analytické chemie • Co? Kolik? Kde? Proč? • Čeho se to týká: chemických látek, jejích konkrétních forem, struktur, isomerů • Využívá poznatky z chemie, fyziky, biologie, matematiky, statistiky a informatiky • Aplikace ve všech odvětví lidské činnosti • Příklady: ve farmacii, lékařství, toxikologii, potravinářství, zemědělství, ochraně životního prostředí, chemickém průmyslu

• S jakými přístroji se můžete setkat na katedře chemie

• kapalinový a plynový chromatograf • hmotnostní spektrometr • spektrometry pro ultrafialovou, viditelnou a infračervenou oblast záření • atomový absorpční spektrometr • polarograf

Membránové separace •Úvod:

• membránové procesy nabízejí ekologickou separaci bez přidaného rozpouštědla • možností separace bez chemické přeměny vstupní směsi • membránová separace může být realizovaná v malé mobilní jednotce

•Použití: • čištění vzduchu u benzínových stanic • úprava surového bioplynu na kvalitu CNG

•Spolupráce: • ÚCHP AV ČR, v.v.i.

•Zaměření výzkumu: • Separace organických par ze vzduchu • Separace plynných směsí – např.:

záchyt skleníkové plynu oxidu uhličitého, který lze dále využít při pěstování řas nebo při produkci sycených nápojů

RETENTÁT =

NEZACHYCENO MEMBRÁNOU

MEMBRÁNA

VSTUPNÍ SMĚS

PERMEÁT =

ODSEPAROVÁNO MEMBRÁNOU

Fyzikálně-chemické vlastnosti benzínových směsí

• Dodatkové veličiny: • Výpočet dodatkového objemu,

dodatkové viskozity a dodatkové adiabatické kompresibility.

• Výsledné hodnoty těchto veličin umožňují odhadnout vzájemné interakce látek v binárních a ternárních směsích.

• Úvod: • Benzín – převážně směs alifatických uhlovodíků. • Aditiva pro zvýšení výkonu motorů a snížení emisí

(MTBE, ETBE, ethanol, butanol). • Velice přesné měření veličin charakterizujících

danou směs látek obsažených v benzínech – viskozita, hustota a rychlost zvuku.

Molekulární simulace fázových rovnováh • Úvod:

• Fázové rovnováhy jsou jedny z nejvíce používaných aplikací v chemickém průmyslu. • Pro řadu látek a především jejich směsí je velice obtížné a nákladné obdržet přesná experimentální data. • Termodynamické modely nám do jisté míry umožňuji ze stavového chování odhadnout rovnováhy některých

směsí. • Nicméně v případě silně neideálního chování nebo v případě komplexnějších směsí to může být nepřesná

metoda a vést k chybným závěrům.

• Molekulární simulace: • Počítačové simulace nám dávají možnost zabývat se touto problematikou na molekulární úrovni. • Simulace rovnováhy kapalina-pára pro vícesložkové směsi. • Aplikace na různé chemicko-inženýrské problémy, jako jsou skladování tekutin, chladící a tepelné stroje nebo

výpočet bodu vzplanutí.

Granulární materiály •Úvod:

•Soubor pevných makroskopických částic o velikosti větší než 100 μm •Zrna různých tvarů, velikostí a složení •Velké množství interakcí mezi zrny komplexní chování

•Zaměření výzkumu: •Simulace, experiment a teorie •Míchání granulárních materiálů •Sesuvy půdy a zemětřesení

•Výskyt a použití: •Příroda: sesuvy půdy, eroze, sněhové laviny, pyroklastické proudy •Průmysl: stavebnictví, chemický a farmaceutický průmysl

Modelování průtočných mikrozařízení

•Úvod: •Vývoj mikrozařízení pro biomedicínské aplikace

•Zaměření výzkumu: •Simulace proudění tekutin v mikrozařízeních •Transport nádorových buněk skrze průtočné mikrozařízení •Analýza buněčných kultur pomocí metod zpracování obrazu

•Použití: •Detektory nádorových buněk a mikrozařízení pro testování léčiv

Teoretické stavové rovnice vody a vodní páry

•Úvod: •Molekuly vody asociují → komplikované stavové chování •Empirické stavové rovnice jsou složité, těžkopádné a neumožňují spolehlivou extrapolaci mimo experimentální data •Možnost použít molekulární teorii k odvození elegantních a robustních stavových rovnic, které jsou stabilní při extrapolaci do neprobádaných oblastí

•Zaměření výzkumu: •Metody molekulární teorie: virální rozvoj, poruchová teorie •Molekulární simulace nepolarizovatelných i polarizovatelných modelů vody •Molekulární simulace vodných roztoků elektrolytů

•Použití: •Popis kapalné vody a vysvětlení anomálií •Vlastnosti podchlazené vody, existence druhého kritického bodu •Popis přesycené páry – klíčové pro parní turbíny

•Spolupráce •Ústav termomechaniky AVČR

Molekulární modelování tekutin v elektrických polích

•Úvod: •Vnější elektrické pole působí na náboje v molekulách. •Silné elektrické pole mění strukturu tekutin a chování fázového rozhraní.

•Zaměření výzkumu: •Molekulární simulace tekutých soustav pod vlivem vnějšího elektrického pole •Charakteristika polem indukovaných strukturních změn v tekutinách •Molekulární modelování polem indukovaných jevů na hladině kapalin

•Použití: •Teoretické pochopení tvorby nanovláken elektrostatickým zvlákňováním – cesta k racionální optimalizaci technologie •Studium dějů při stanovení elektroanalytickými metodami •Design polem řízených součástek (optika, mechatronika, mikrofluidika)

•Spolupráce: •Technická univerzita v Liberci

Molekulární modelování chirálního rozpoznávání

•Úvod: •Řada opticky aktivních látek se produkuje ve formě racemických směsí, k získání čistých enantiomerů je potřeba je rozdělit. •K dělení může posloužit kolona či membrána s ukotveným chirálním selektorem. •Pro efektivní dělení jsou určující nevazebné interakce mezi analytem a selektorem.

•Použití: •Izolace farmakologicky aktivního enantiomeru z racemické směsi chirálních léčiv (např. ibuprofen)

O

CH3

CH3

CH3H

OH•Zaměření výzkumu:

•Molekulární dynamika vybraných systémů analyt-selektor •Strukturní a termodynamická charakterizace chirálního rozpoznávání

•Spolupráce: •Ústav chemických procesů AVČR •Ústav makromolekulární chemie AVČR •Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

O

CH3

CH3

CH3H

OH

S-ibuprofen – léčivé účinky

R-ibuprofen – neaktivní

β-cyklodextrin – chirální selektor

Těšíme se na spolupráci