ČÍm se zabÝvÁme na katedŘe chemiechemistry.ujep.cz/userfiles/files/vyzkum.pdf ·...
TRANSCRIPT
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