C8885 Supramolekulární chemie

Přírodovědecká fakulta
jaro 2020
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
doc. RNDr. Ctibor Mazal, CSc. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. Ctibor Mazal, CSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
St 10:00–11:50 A08/309
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Úvod do supramolekulární chemie, který je zaměřen na základní pojmy předmětu. Studenti se seznámí s významými typy mezimolekulových interakcí a sloučeninami uplatňujícími se při studiu rozpoznávaní iontů a neutrálních molekul. Základní principy supramolekulární chemie jsou demonstrovány v oblastech jako reaktivita a katalýza, studium transportních dějů, samoorganizace systémů (self assembly), vytváření supramolekulárních zařízení, studium kapalných krystalů a v neposlední řadě i design molekul žádaných supramolekulárních vlastností.
Výstupy z učení
Student bude schopen využít poznatky o molekulárním rozpoznávání kationtů, aniontů i neutrálních látek, společně s charakteristikou základních typů známých receptorů; získá přehled o hlavních metodách zkoumání supramolekulárních jevů a procesů; molekulárních a supramolekulárních zařízení.
Osnova
  • 1. Vymezení předmětu supramolekulární chemie, základní pojmy a principy. Povaha supramolekulárních interakcí. (Iontové interakce, dipolární interakce, vodíková vazba, kation-pí interakce, pí-pí stacking, van der Waalsovy síly, Hydrofobní efekt.
  • 2. Rozpoznávaní molekul. Rozpoznávání a selektivita. Termodynamická a kinetická selektivita. Molekulární receptory. Chelátový a makrocyklický efekt. Preorganizace a komplementarita. Základní typy rozpoznávání, kationty, anionty, neutrální molekuly.
  • 3. Rozpoznávání kationtů. Crown ethery. Cryptandy. Sferandy. Selektivita komplexace kationtů. Komplexace organických kationtů, vazba amoniového kationtu.
  • 4. Calix[n]areny. Struktura a konformace kalixarenů, jednoduché chemické transformace kalixarenů. Komplexace kationtů, aniontů a neutrálních molekul kalixareny.
  • 5. Rozpoznávání aniontů. Biologické receptory aniontů. Rozpoznávání aniontu a kationtu v závislosti na pH. Guadiniové, organometalické a neutrální receptory. Komplexace hydridového aniontu.
  • 6. Rozpoznávání neutrálních molekul. Anorganické a organické klatráty (zeolity, močovina, dianin ad.). Cyklodextriny. Supramolekulární chemie fullerenů.
  • 7. Struktura a stabilita molekulárních komplexů. Definice komplexační konstanty. Určení stechiometrie komplexu. Nejčastěji používané metody studia komplexů.
  • 8. Dendrimery. Příprava a vlastnosti dendrimerů. Supramolekulární aplikace dendrimerů.
  • 9. Supramolekulární syntéza, krystalové inženýrství. Mezimolekulové interakce. Růst krystalu. Strategie designu. Využití H-vazby, pí-pí stackingu a dalších interakcí.
  • 10. Samovolná organizace (self-assembly, SA). Biochemická SA. SA v syntéze. Katenany a rotaxany. Helikáty, Programované supramolekulární syntézy. Uspořádávání
  • 11. Supramolekulární reaktivita a katalýza. Příklady receptorů uplatňujících se v katalýze. Biologická mimika. Různé modely enzymových systémů.
  • 12. Supramolekulární interakce v transportních procesech. Nosiče využívané v jednotlivých typech transportů. Povrchově aktivní látky. Micely, vesikuly. Preorganizace surfaktantů.
  • 13. Supramolekulární "zařízení". Přenos informace, semiochemie. Supramolekulární fotochemie. Fotonická zařízení. Supramolekulární elektronická zařízení - přepínače, vodiče a polovodiče, usměrňovače. Nelineární optické materiály.
  • 14. Kapalné krystaly. Povaha a struktura kapalných krystalů. Chemické struktury uplatňující se při konstruci kapalných krystalů. Aplikace kapalných krystalů.
Literatura
  • LHOTÁK, Pavel a Ivan STIBOR. Molekulární design. Vyd. 1. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 1997, [267] s. ISBN 80-7080-294-4. info
  • Steed, Jonathan, W. - Atwood, Jerry L. Supramolecular Chemistry. Chichester: Wiley, 2000
  • LEHN, Jean-Marie. Supermolecular chemistry :concepts and perspectives. Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft, 1995, 271 s. ISBN 3-527-29311-6. info
  • VÖGTLE, Fritz. Supramolecular chemistry : an introduction. Translated by Michel Grognuz. Chichester: John Wiley & Sons, 1991, viii, 337. ISBN 0471940615. info
Výukové metody
Přednášky
Metody hodnocení
Ústní zkouška, případně kolokvium.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.