Je vědcem světové proslulosti, jako jeden z prvních se u nás začal zabývat kvantovou chemií. Věnoval se teorii molekul orbitalů, aplikované kvantové chemii, teorii chemické reaktivity, studiu slabých mezimolekulárních interakcí, molekulové spektroskopii, vztahům mezi strukturou a biologickou účinností. V roce 1990 byl zvolen ředitelem Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského, o rok později byl jmenován profesorem fyzikální chemie a v roce 1993 předsedou Akademie věd České republiky, jejímž zůstává čestným předsedou. Je profesorem Univerzity Karlovy, spolu s prof. Otto Wichterlem prosadil ustavení Učené společnosti ČR. Vydal téměř 400 publikací, zasedal v redakčních radách řady zahraničních časopisů. Za své odborné i lidské kvality byl vyznamenán junáckým bronzovým křížem, z rukou papeže Jana Pavla II. obdržel vyznamenání Pro Ecclesia et Pontifice, francouzský premiér mu udělil ocenění Chevalier dans l’ordre des Palmes Académiques. Je držitelem medaile Za zásluhy, udělené Václavem Havlem. Výčet není úplný, ale stačí, aby byl představen – profesor Rudolf Zahradník.
Foto: Hana Rýsová, Archiv R. Z.
Pane profesore, chemikem se člověk rodí nebo se jím stává?
Někteří kluci si snad přinášejí na svět touhu sbírat všelijaké přírodniny. Loví motýly, studují žáby, sbírají minerály. Propuká to, často jako vášeň, před desátým rokem věku. Zdůraznil jsem kluci, protože jsem nikdy neslyšel o dívence, která by, řekněme ve třetí třídě, měla nějaké přírodovědné touhy. Přijdou až na úrovni střední školy. Tato záliba později může dospět k fyzice, chemii či biologii. Ve většině případů, domnívám se, pouť k chemii mívá na svědomí entuziastický učitel, který dokáže u kluka či dívky vyvolat, někdy kolem čtrnácti let, o chemii velký zájem.
Musím se zastat dívčího pokolení, sestra a já jsme krmily už jako malé holčičky lupením housenky a sledovaly, jak se proměňují v kukly a posléze v motýly. Také jsme obdivovaly kameny, které babička přinášela z výletů na Kozákov. Ale k chemii! Jako ostatní přírodní vědy, prožívá od 19. století čas velkých objevů. Můžete připomenout několik nejpozoruhodnějších výsledků badatelského úsilí chemiků z posledních let?
Je toho téměř nesnesitelně mnoho. Dnes ani horlivý chemik, který chce mít přehled o oboru, není v jednoduché situaci, naopak. Poslední výkřik se jmenuje grafen, padla za něj nedávno Nobelova cena. Jsou to atomy spojené do šestičlenných cyklů, tedy jakási benzenová jádra, v rovinách rozprostírajících se „donekonečna“. Velký počet takových rovin na sobě tvoří grafit (slouží nám v tužkách a též jako mazadlo, sestává výlučně z atomů uhlíku). Síly, které vzájemně poutají tyto roviny, jakási patra, jsou chabé vůči silám, jež poutají atomy uhlíku ve vodorovné poloze. Je věru pozoruhodné, že se podařilo oddělit jednotlivé vrstvy, tedy ona patra – což je grafen. Má skvělé nejen mechanické, ale i vodivostní vlastnosti, lepší než měď, a bude přínosem pro další rozvoj elektroniky. Ostatní výrazné kroky vpřed zmíním pouze heslovitě.
Molekula mající tvar fotbalového míče sestávající z šedesáti atomů uhlíku se jmenuje fulleren a poutá pozornost chemiků už pětadvacet let.
Na přelomu tisíciletí byly oceněny studie jednorozměrných organických polovodičů a vodičů. To bylo pro nás dočista radostné, protože jsme před čtyřiceti lety s Jaroslavem Kouteckým na popud profesora Otto Wichterleho publikovali teoretickou studii o těchto systémech. Té práce si snad patnáct let nikdo nevšiml, nebyla citována. Z hlediska dnešních kritérií grantových agentur šlo o něco, co si nezaslouží nejmenší pozornost. Přesto máme pocit, že to byla jedna z našich nejpodnětnějších prací.
Vynikající rozmach metodiky nukleární magnetické rezonance znamenal skok vpřed při určování konstituce složitých organických molekul.
Skvělých výsledků bylo dosaženo v oblasti studia chemických reakcí v molekulových paprscích. Jde o podmínky, jež odpovídají srážce jediné dvojice molekul, tedy dobře definované podmínky.
Snad lze ještě dodat, že ohromný pokrok výpočetních kvantověchemických studií na úrovni „chemické přesnosti“ se dočkal náležitého ocenění. Škoda, že mezi oceněnými nebyli Jiří Čížek a Josef Paldus, kteří rozhodujícím způsobem přispěli ke správnosti a přesnosti výpočtových metod.
Pozornost přírodě a přírodním jevům věnoval už pravěký člověk, al-keme, al-chimia byla známa kulturám starověku, jakými byly Egypt, Babylon, Asýrie. Antika dosáhla obdivuhodného stupně vědění o přírodě a duši člověka. Co můžeme na poznání starověkých civilizací obdivovat a v čem je dnes přístup přírodních věd ke zkoumání jiný?
Starověké i středověké matematické a fyzikální studie přispěly znamenitě rozvoji věd, alchymie byla jakousi předchůdkyní chemie. Nesmíme to ovšem brát tupohlavě. Když chemik dnes řekne atom, je to entita, částice naprosto kvalitně definovaná, pro fyzika i pro chemika. Je možné namítnout, že Demokritos mluvil o atomu už před dvěma tisíci lety. Pro něho to ovšem byly nějaké kuličky, tělíska v nekonečných souborech. Předpokládal, že může materii dělit na menší a menší částečky, až narazí na konec. To byly jeho atomy. Dnešní atom má svou jemnou strukturu a ta je dokonale popsána jednak experimentálně, jednak prostředky teoretické fyziky. Pokud jde o chemii, odedávná výroba kovů přešla posléze do úsilí alchymistů, které okouzlovaly dvě ideje: dlouhověkost a výroba zlata z obyčejných kovů. Nemá smysl oponovat, je známa transmutace prvků, mohu vyrobit zlato, zajisté ano, nikoli však v podmínkách předfyzikální chemie. Nikdo nevyrobil zlato a nikdo neobjevil elixír života, zaplať Pán Bůh, jaká by to byla nuda! Samozřejmě by bylo neomalené ušklíbat se nad dílem alchymistů. Jednak připravili, ne dokonale, ale přece, desítky definovaných látek, za druhé vymysleli a zavedli chemické nádobí, všelijaké tyglíky, křivule, nádoby. I já hodně pokusů jako kluk dělal v křivulích.
Foto: Archiv R. Z.
Po udělení dr. h. c. Univerzity Karlovy v roce 1998. Zleva Rudolf Zahradník, Josef Koutecký, Zdeněk Lojda.
Evropský středověk byl křesťanský a měl vlastní cesty zkoumání světa ještě v celistvosti přírodního a humanitního vědění. Zlom v bádání o přírodě přineslo nejprve 17. století a po něm století následující – jména Boyle, Lavosier, Lomonosov, Mendělejev znamenají kroky, jimiž se přírodní vědy v Evropě vydaly. Co důležitého se tu stalo?
Líbí se mi vaše slovní spojení „celistvost“ přírodního a humanitního vědění. Dnes se říká koncilience. A teď k jádru vaší otázky. Vše začalo v druhé polovině 17. století, když se jednotná věda začala rozpadat na složky, v 18. století dělení pokračovalo a v 19. století byl tento vývoj dovršen. Devatenácté století bylo tím, že jednotná věda už neexistovala, přímo posedlé, přívrženci fyziky opovržlivě hleděli na vše, co následovalo, tedy chemii, v 19. století už docela pozoruhodnou vědu, a biologii, tenkrát ještě udýchanou chudinku. Sjednocená věda, a nejen věda, často i umění, které v ní bylo zahrnuto, přestala existovat. Byla to velká škoda, protože je přirozené si přát, aby svět, v němž žijeme, který je součástí vesmíru, svět živé a neživé přírody, byl popsán v rámci jedné vědy. V mezních případech bych z ní mohl předpovědět let tělesa do kosmu a chování tajemných enzymů katalyzovaných reakcí, mohl bych její pomocí zvládnout i všelijaké etické a filozofické problémy. Avšak ten rozštěp současně znamenal pro poznání a pro rozvoj věd nesmírně mnoho. Vedl k jejich emancipaci a k jejich ohromnému rozmachu. Probíhá v souladu se zákonem organického růstu: zprvu pozvolný rozmach, který v mnoha disciplínách nabyl po druhé světové válce netušené rychlosti.
Vladimír Suchánek, Pocta vlnové funkci. Jejím symbolem je řecké písmeno Psí.
Fyzika dnes hledá nejmenší částečku hmoty, biologie se zabývá otázkou vzniku života. Směřování k počátku, k základu. Jak se účastní chemie? Nemíří vytvářením dalších prvků a objevováním nových molekul naopak do šíře?
To je pravda, ale pravda také je, že chemie vedle onoho rozmachu do šíře má obrovskou touhu pronikat do hloubky. Proto teoretický pól chemie, chemie kvantová, popisuje materii pomocí atomových jader, elektronů, a dokonce lze pokračovat ještě dál, dostali bychom se až na hmotu a antihmotu. Říkáte, fyzika jako by šla za těmi elementárními a ještě elementárnějšími složkami. Ale ve fyzice se objevuje i další ctižádost: spojit dvě obrovské teorie, Einsteinovu obecnou teorii relativity s kvantovou mechanikou. A projevuje se v ní i velké úsilí o sjednocenou teorii silového působení. Biodisciplíny zajímá nejen vznik života, ale především fungování živé hmoty. Biodisciplíny by se ovšem nacházely v nevalné situaci, kdyby neměly k dispozici pokusné a teoretické metody chemie pro studium malých, velkých i obřích biomolekul. A navíc mocné počítače. Ty byly ve 20. století dílem fyziků a matematiků, avšak za velkým rozmachem polovodičové elektroniky stojí část chemie zvaná materiálová věda. Z toho všeho je patrné, že chemie je na roztrhání.
Zdá se, že přes ono rozkošatění přírodních věd, jež nastalo ve 20. století a které pokračuje, dochází i k jejich vzájemnému propojování, k určité, zcela přirozené spolupráci.
Vzájemné pronikání je opravdu obrovské, pro klasického chemika někdy k pomatení, ale tak to je: část experimentální fyziky se může stát cennou součástí chemie. Sjednocování se týká – mimo jiné – rozsáhlé oblasti zahrnující molekulovou fyziku, celou chemii, molekulové biodisciplíny a část lékařství. Tu oblast označuji jako molekulové vědy, pro které bych založil – nejsem ovšem mocný a chci být ještě méně mocný – Ústav molekulových věd. Proces sjednocování má pro badatelství nemalý význam a jeho důsledky by se měly projevit také ve výchově mladých odborníků. Mezi výzkumné prostředky v oblasti molekulových věd patří nástroje fyziky a matematiky. Proto je mi líto studenta, který na dotaz, proč si jako specializaci na chemii zvolil biochemii, říká, že je v ní málo matematiky a fyziky. Běda!
Chemie má svou vlastní řeč. Jak vzniká ten zvláštní těsnopis?
Jinak to nejde, protože už před stoletím bylo známo přes jeden milion definovaných molekul. Dnes je jich podle dobrých odhadů kolem dvaceti milionů. Máme-li se v tom vyznat, je nevyhnutelně třeba mít dva „těsnopisy“. Tím prvním je jednoznačné pojmenování chemických sloučenin (species), tedy názvosloví. Druhým jsou „obrázky“ oněch species, tedy vzorce.
Názvosloví možná působí odpudivě; požádám-li vás, abyste po mně opakovala dimethyaminoazobenzensulfonan sodný, polekáte se. S rukou na srdci přiznávám, že není mnoho těch, kteří jsou opravdu důkladně seznámeni s názvoslovím v celém rozsahu chemie. Například názvosloví steroidů a sacharidů a složitých organických molekul je i pro řádného chemika tvrdý oříšek, a je tedy třeba konzultace s odborníkem. Avšak seznámit se s názvoslovím u výrazných tříd sloučenin není tak obtížné.
Pokud jde o vzorce, používají se dva typy, sumární a strukturní. Sumární vzorec informuje o zastoupení atomů v molekule, například H2O v případě vody. Strukturní vzorec je obvykle průmět trojrozměrného vzorce molekuly do roviny. Obecně si přejeme, aby strukturní vzorec věrně zobrazoval seřetězení atomů, vzdálenosti mezi atomy a jejich vzájemné postavení. Pro ilustraci budiž řečeno, že kupříkladu strukturní vzorec uhlovodíku benzenu (sumární vzorec C6H6) musí respektovat, že šestice atomů uhlíku tvoří pravidelný planární (rovinný) šestiúhelník, v němž jsou všechny vazby C–C stejně dlouhé.
Chemická řeč je velmi sevřená mluva. Nemohu říkat: tady je šest uhlíkových atomů a tady ještě jednou šest a tady je dusík… Musím být také schopen toto seskupení zobrazit, udělat obrázek. A není to obrázek ledajaký. V této souvislosti musím říci, co mi na chemicích 19. století velice imponovalo. Měli fenomenální rysy. V době, kdy mnozí výteční učenci nevěřili na reálnou existenci molekul, dokázali chemici pomocí postupného, často mnohastupňového odbourávání, tedy zmenšování a současně identifikace odbourané části, a pomocí velké houževnatosti a trpělivosti správně určit strukturu složitých molekul obsahujících desítky atomů.
Pro molekulu DNA, jež je nositelkou dědičné informace, jsou nekovalentní interakce nepostradatelné a rozhodující. Právě jejich studiem se zabýval výzkumný tým Rudolfa Zahradníka.
Byli toho schopni, protože výsledky svých pokusů dokázali rozvinout dál ve své představivosti?
Správně. To byl zhusta úkol na několik, někdy i na desítky let. Pomocí dnešních fyzikálních metod lze takový úkol často vyřídit za pouhých několik dní. Přesto mívám pocit, že naši předchůdci dovedli zacházet s „materií“ lépe než my. Zbývá dodat, že v celé této oblasti vedlo využití počítačů k ohromnému rozmachu a usnadnění práce.
(Pokračování)
SYLVA DANÍČKOVÁ
English
