V Heyrovského ústavu zkoumají unikátní molekuly kalixareny

Kalixareny jsou unikátní molekuly, které do sebe dokážou pojmout další látky, a tím je zachytit či přenášet. Využívají se jak v analytické chemii, tak třeba v medicíně. Jejich výzkumu se v pražském Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského se už pět let věnuje tým vědců kolem Jiřího Ludvíka v Oddělení molekulární elektrochemie a katalýz. Letos vychází zásadní studie v prestižním periodiku Current Opinion in Electrochemistry.

Základní struktura kalixarenů představuje stabilní trojrozměrnou „kostru“. Když se na ni navážou vhodné chemické skupiny, vzniklou molekulu lze elektrochemicky redukovat za vzniku aniontových radikálů, které mají překvapivé vlastnosti. Právě těmito molekulami s větším počtem reaktivních center a jejich vzájemným interakcím se zabývá skupina Jiřího Ludvíka.

Solární baterie i rakovinotvorné sloučeniny

„V naší laboratoři molekulární elektrochemie se setkáváme s nejrůznějšími látkami, které jsou vyvíjeny jako nadějné léky, katalyzátory, barviva, ekologické agrochemikálie, světelně citlivé látky či senzory. Po jejich syntéze býváme první, kteří elektrochemicky zkoumají jejich vlastnosti a naše výsledky jsou pak korelovány s požadovanými účinky, aby bylo možné je v budoucnosti uplatnit v praxi. S Vysokou školou chemicko-technologickou například spolupracujeme na studiu rakovinotvornosti některých sloučenin, s pardubickou univerzitou jsme testovali nové látky pro nelineární optiku, s kolegy z Ústavu organické chemie a biochemie se zabýváme látkami vykazujícími efekt singletového štěpení pro zvýšení účinků solárních baterií,“ vysvětluje Ludvík, který se zabývá elektrochemickým studiem nově syntetizovaných molekul. Kromě základní charakterizace jejich oxidovatelnosti, redukovatelnosti a následné reaktivity v roztoku sleduje i rozložení a míru delokalizace elektronů v těchto molekulách, stabilitu radikálových meziproduktů a vztah mezi strukturou molekuly a její reaktivitou. Studovanými molekulami jsou organické a organometalické sloučeniny nejrůznějších typů s využitím v medicíně, zemědělství, v průmyslové katalýze, v analytické chemii, fotovoltaice.

Ludvík a jeho kolegové se přitom zaměřují  zejména na výzkum jednotlivých izolovaných molekul v roztoku, hlavně těch, které mají více reakčních center. Mohou tak dostat odpovědi na otázky, jak tato centra spolu v rámci jedné molekuly komunikují, jak se vzájemně ovlivňují a jak se to odrazí v konečných vlastnostech molekuly. Právě sem patří jejich spolupráce s Pavlem Lhotákem z VŠCHT.

Hostitelé a hosté

Kalixareny obsahují čtyři benzenová jádra propojená do kruhu, takže jejich struktura připomíná kalich (= kalix).  Pomocí vhodné substituce na horním a dolním okraji toho pomyslného kalicha lze v rámci molekuly vytvořit místa, prostory, do kterých se vejde určitá další molekula nebo ion a tam se zachytí. Kalixaren tak slouží jako hostitel, který v sobě příslušnou molekulu „ubytuje“. Vzniká tak tzv. supramolekula, která může sloužit jako „vychytávač“ analyzovaných molekul nebo jako jejich zásobník, případně přenašeč (v případě léků).

Současně se ale na základě elektrochemických experimentů ukázalo, že v roztoku mají některé kalixareny tvar kalicha silně zploštělého, navíc pulzujícího. Tímto jevem a způsoby, jak jej lze ovlivnit typem a polohou substituentů, se zabývá právě publikovaná práce v prestižním časopise Current Opinion in Electrochemistry, která zavádí novou disciplínu „stereoelektrochemii”.

Připravil: Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského ve spolupráci s Alicí Horáčkovou, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR
Foto: Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR

Přečtěte si také

• Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
• Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu
• Badatelé představili 3D materiály pro rekonstrukční a plastickou chirurgii
• Proč se Země a Venuše vyvinuly odlišně? Napoví mise, jíž se účastní i Češi
• Nová zobrazovací metoda pomůže rychleji identifikovat například rakovinné tkáně
• AMULET se zaměří na vývoj multiškálových materiálů, získal téměř půl miliardy
• Počítačový model ucha: čeští vědci vyvinuli unikátní nástroj ke zkoumání sluchu
• Čeští vědci odhalili π-díru v molekulách, potvrdili tak dekády známou teorii
• Česká kosmická mise SLAVIA chce pátrat po pokladech vesmíru
• Díky novému objevu týmu Pavla Hobzy by se mohly přepisovat učebnice chemie