4. Sekce chemických věd
- Teorie tvarů zón analytů a systémových zón v kapilární zónové elektroforéze (ÚIACH)
- Stanovení berylia v povrchových a srážkových vodách atomovou absorpční spektrometrií s elektrotermickou atomizací (ÚIACH)
- Vliv přísady helia v tlakových lahvích s oxidem uhličitým pro superkritickou fluidní extrakci a chromatografii (ÚIACH)
- Příspěvek k programu sanace následků chemické těžby uranu v severních Čechách (ÚACH)
- Příprava magnetických nanokompozitů metodou sol-gel (ÚACH)
- Energetika, kinetika a dynamika srážek dvojnásobně nabitých kationtů s atomy a molekulami (ÚFCH JH)
- Příprava a struktura π -vazebně spojených titanocen-ferrocenových komplexů (ÚFCH JH)
- Úloha kapilárních vln v přenosu náboje přes rozhraní dvou rozpouštědel (ÚFCH JH)
- Rovnováha kapalina-pára - bibliografická databáze (ÚCHP)
- Laserově indukovaná deposice nových materiálů (ÚCHP)
- Polymerní léčiva pro cílenou terapii (ÚMCH)
- Kompatibilizace polymerních směsí (ÚMCH)
- Uspořádání a pohyblivost v supramakromolekulárním systému (ÚMCH)
- Zjištění metabolismu analogů hmyzího juvenilního hormonu (juvenoidů) originálním radioanalytickým přístupem (ÚOCHB)
- Nový způsob přípravy molekul s helikální chiralitou (ÚOCHB)
- Autokatalytické štěpení aspartátové proteasy z Mason-Pfizerova viru (ÚOCHB)
4.1 Teorie tvarů zón analytů a systémových zón v kapilární zónové elektroforéze
Petr Gebauer, Petr Boček, Pavla BoreckáPro užití jakékoliv separační metody v analytické praxi je důležité mít metodologické nástroje, které umožňují výběr podmínek pro dobrou separaci, rozlišení a detekci analytů a správnou identifikaci jejich zón. V případě kapilární zónové elektroforézy jde o problém teoretické předpovědi tvarů a disperze píků a vzhledu detekčního záznamu, který může obsahovat i píky, jež neodpovídají zóně některého z analytů. Předložený soubor prací je součástí několikaleté rozsáhlé studie tohoto problému. Soustředí se na chování základních elektrolytů obsahujících binární ko-ion, ve kterých může přechod tvaru píku z chvostujícího na "frontující" či naopak proběhnout v oblasti, kde teorie předpovídá pro zónu analytu nekonečně velkou hodnotu rychlostní směrnice (změny lokální migrační rychlost analytu s jeho koncentrací). Jestliže dochází ke koincidenci zóny analytu a systémové zóny, je zóna analytu nucena současně chvostovat a "frontovat", čímž dochází k její velké dodatečné "schizofrenní" disperzi. Pomocí dříve navrženého diagramu tvaru píků, zkonstruovaného pro daný základní elektrolyt, je možno pro známé pohyblivosti a disociační konstanty analytů provést rychlou a jednoduchou předpověď symetrie či asymetrie píků, jejich šířky, migračního pořadí a celého tvaru detekčního záznamu včetně případně přítomných systémových píků.
Hlavní související publikace:
- Gebauer P., Boček P.: Predicting Peak Symmetry in Capillary Zone Electrophoresis: The Concept of the Peak Shape Diagram.
- Analytical Chemistry 69: 1557-1563 (1997)
- Gebauer P., Borecká P., Boček P.: Predicting Peak Symmetry in Capillary Zone Electrophoresis. Background electrolyte with two co-ions: schizophrenic zone broadening and the role of system peaks.
- Analytical Chemistry 70: 3397-3406 (1998).
4.2 Stanovení berylia v povrchových a srážkových vodách atomovou absorpční spektrometrií s elektrotermickou atomizací
Jiřina Korečková-SysalováBerylium patří z hlediska působení na lidský organismus mezi vysoce toxické prvky již při nízkých obsazích, a proto je stále sledováno ve všech složkách životního prostředí. Předkládaná práce popisuje dostatečně citlivou a spolehlivou metodu pro přímé stanovení Be v málo mineralizovaných vodách (srážkové a povrchové). Jsou zde srovnávány dva postupy stanovení metodou AAS s elektrotermickou atomizací: a) za použití grafitové kyvety z elektrografitu s přídavkem modifikátoru matrice Mg(NO3)2 a b) s použitím kyvety pokryté karbidem tantalu. Metoda byla ověřena analýzou referenčního materiálu IAEA/W-4 (Mezinárodní agentura pro atomovou energii, Rakousko) a použita k analýze vzorků povrchových vod ze dvou oblastí - říčka Rolava v Krušných horách a Trnávka v jižních Čechách. Zatímco obsahy Be z Trnávky byly vesměs pod mezí detekce, která činí 0.02 - 0.07 ng Be/ml, obsahy Be v Rolavě se pohybovaly v rozmezí 2.48 - 3.47 ng/ml. Obsahy Be ve vzorcích ze severních Čech tedy značně překračují hygienické normy různých evropských zemí, podle nichž by obsah Be ve vodách neměl přesáhnout hodnotu 0.2 ng/ml. Jedná se z části o vliv podloží, ale pravděpodobně i o značné znečištění z elektráren spalujících hnědé uhlí, což potvrzují i vyšší obsahy Be ve srážkových vodách.
Související publikace:
- J. Korečková-Sysalová: Determination of Beryllium in Natural Waters using Atomic Absorption Spectrometry with Tantalum-coated Graphite Tube.
- International Journal of Environmental Analytical Chemistry 68, 397-404 (1998).
4.3 Vliv přísady helia v tlakových lahvích s oxidem uhličitým pro superkritickou fluidní extrakci a chromatografii
Roth MV superkritické fluidní extrakci a chromatografii je obtížné naplnit pístové čerpadlo kapalným oxidem uhličitým z tlakové láhve bez chlazení pracovního válce čerpadla. Proto se asi před 13 lety objevil v USA návrh přidávat do používaných tlakových láhví s oxidem uhličitým helium. Tím se tlak v láhvi zvýší nad hodnotu tenze nasycených par oxidu uhličitého, což umožňuje pohodlně naplnit pracovní válec čerpadla kapalinou z tlakové láhve i za pokojové teploty.
Zkušenost ale postupně ukázala, že používání tato plněných láhví vede k nereprodukovatelným výsledkům. Systematická studie Ústavu analytické chemie je pokusem o konsistentní teoretické vysvětlení rozptýlených experimentálních údajů, které se v literatuře nahromadily. Termodynamická analýza problému a její aplikace na modelový systém umožnila kvantitativně posoudit dopad změn obsahu helia na rozpustnost a retenci analyzovaných látek v superkritické fluidní extrakci a chromatografii. Vliv příměsi helia je nejvýraznější za teplot a tlaků poblíž kritického bodu oxidu uhličitého, ale zůstává významný i za vyšších tlaků a teplot, které jsou v analytických aplikacích typické. Výsledky této studie podpořily názor, že problémy a komplikace způsobené přidáváním helia do tlakových lahví s oxidem uhličitým převažují nad výhodami tohoto postupu.
- Roth M.: Helium Head Pressure Carbon Dioxide in Supercritical Fluid Extraction and Chromatography: Thermodynamic Analysis of the Effects of Helium. Analytical Chemistry 70: 2104-2109 (1998).
- Roth M.: Thermodynamics of Modifier Effects in Supercritical Fluid Chromatography. Journal of Physical Chemistry 100: 2372-2375 (1996).
- Roth M.: Partial Molar Properties from Solute Retention in Supercritical Fluid Chromatography: Thermodynamic Framework, Advantages, and Limitations. Fluid Phase Equilibria 148: 189-199 (1998).
4.4 Příspěvek k programu sanace následků chemické těžby uranu v severních Čechách
J. Hostomský, V. Hostomská, D. HradilPři chemické těžbě uranu podzemním loužením v oblasti tzv. České křídy v severních Čechách byly vpravením přibližně 4 milionů tun kyseliny sírové do podzemí vážně ohroženy tamní rozsáhlé podzemní zásoby pitné vody. Cílem sanačního programu schváleného vládou ČR je zpracovat silně kyselé roztoky odpařením a následující kondenzací čisté vody a krystalizací síranu hlinitoamonného v rozsahu ve světovém měřítku zcela ojedinělém. Při spolupráci na sanačním programu byly stanoveny fázové rovnováhy nezbytné pro nalezení optimálních provozních parametrů technologického uzlu krystalizace síranu hlinitoamonného. Dále byla proměřena rychlost rozpouštění různých strukturních typů kaolinitu, hlavní alkalické složky obsažené v horninovém prostředí, včetně vzorků kaolinitu vyskytujících se v těžební lokalitě. Tyto kinetické údaje jsou potřebné ke zpřesnění hydrogeologických modelů dané oblasti, umožňujících předpovědět další vývoje kontaminace prostředí a postupné neutralizace kyseliny v důsledku její reakce s kaolinitem. Pracovníci ústavu se též podílejí na vývoji technologií pro zhodnocení odpadajícího kamence hlinitoamonného.
- Hostomský, J., Pedlík, M., Beneš, V., Prošek, T.: Desalination of mine waters from in situ uranium leaching: the ammonium alum - ammonium alunite process. - Acta Univ. Carolinae - Geologica, zasláno.
- Hradil, D., Hostomský, J.: Dissolution kinetics of natural kaolinites at low pH sulphuric acid solutions - an example from Stráž pod Ralskem deposit. - Acta Univ. Carolinae - Geologica, zasláno.
4.5 Příprava magnetických nanokompozitů metodou sol-gel
D. Nižňanský, J.Buršík, N. Viart, J.L. RehspringerChemie sol-gel patří v posledních letech k nejrychleji se rozvíjejícím odvětvím materiálového výzkumu. Pomocí sol-gel metody bylo připraveno mnoho materiálů, které nemohly být syntetizovány klasickou keramickou cestou.
Jednoduchou sol-gel jednostupňovou syntézou byly v Ústavu anorganické chemie připraveny nanokompozity, t.j. materiály s velikostí částic řádově menší než 1 
m, na bázi feritů v matrici SiO2. Tento elegantní způsob spočívá v přípravě přesyceného tuhého roztoku Fe2O3 v gelu SiO2. Při zvýšené teplotě dochází ke krystalizaci, přičemž velikost částic Fe2O3 se dá řídit teplotou a dobou žíhání. Takto byl připraven nanokompozitní ferit 
-Fe2O3/SiO2 a yttrito-železitý granát Y3Fe5O12/SiO2, jehož příprava nebyla prozatím publikována.
m, na bázi feritů v matrici SiO2. Tento elegantní způsob spočívá v přípravě přesyceného tuhého roztoku Fe2O3 v gelu SiO2. Při zvýšené teplotě dochází ke krystalizaci, přičemž velikost částic Fe2O3 se dá řídit teplotou a dobou žíhání. Takto byl připraven nanokompozitní ferit -Fe2O3/SiO2 a yttrito-železitý granát Y3Fe5O12/SiO2, jehož příprava nebyla prozatím publikována.Nanokompozitní magnetické materiály jsou zajímavé nejen z praktického hlediska jako perspektivní média s vysokou hustotou optomagnetického záznamu, ale jsou i předmětem základního výzkumu při studiu magnetických interakcí monodoménových struktur a povrchového magnetismu.
- J. L. Dormann, N. Viart, J. L. Rehspringer, A. Ezzir and D. Nižňanský:
- Magnetic Properties of Fe2O3 Particles Prepared by Sol-Gel Method
- Hyperfine Interactions 112 (1998), 89.
4.6 Energetika, kinetika a dynamika srážek dvojnásobně nabitých kationtů s atomy a molekulami
Zdeněk Herman et al.S hledáním nových energetických zdrojů a přeměny, přenosu a uchovávání energie souvisí také snaha nalézt a popsat elementární srážkové procesy, v nichž se přenáší velké množství energie. Mezi nadějné a málo prozkoumané procesy takového typu patří srážkové procesy násobně nabitých iontů, částic s mimořádně vysokým obsahem elektronické energie. Tyto procesy se uplatňují významně v soustavách s vysokým obsahem energie (výboje, plazma, plynné lasery, soustavy astrofyzikálního významu). Experimentální výzkum energetiky, kinetiky a dynamiky srážek dvojnásobně nabitých molekulových iontů (CF2++, CO++) s atomy (Ne, Ar) a molekulami (H2, D2, N2, CO) vedl k objasnění hlavních procesů, k nimž v těchto srážkách dochází. Jsou to přenos náboje (1) a chemické reakce (2) za vzniku dvojice jednou nabitých iontů
 (1) |
 (2) |
Výsledky ukázaly, že velká část energie (5-8 eV) ve vysoce exotermických procesech tohoto typu se uvolňuje jako translační energie a coulombické odpuzování dvou souhlasně nabitých produktů také určuje dynamiku procesů. V případě přenosu náboje je vnitřní energie produktů buď ve formě energie elektronické nebo vibrační, rotační vzbuzení je malé. Uvolnění tak velkého množství translační energie v reakcích typu (2), objevených teprve před několika lety, je v chemické reakci naprosto výjimečné a ukazuje, že jde o elementární chemický proces nového typu. Na základě experimentálních výsledků byl navržen model procesu, který lze úspěšně použít nejen k vysvětlení vzájemné konkurence různých procesů v dosud známých soustavách dikation-molekula, ale též pro složitější soustavy.
- Hrušák, J., Sändig, N., Koch, W., Herman, Z.: Heat of Formation of the CF2++ Dication: A theoretical estimate. - Chem. Phys. Lett. (v tisku).
- Žabka, J., Herman, Z.: Single-electron charge transfer in collisions of CF2++ with Ar and Ne at collision energies 3 - 5 eV. - Czech. J. Phys. (v tisku).
- Herman, Z., Žabka, J., Dolejšek, Z., Fárník, M.: Dynamics of chemical and charge transfer reactions of molecular dications: Beam scattering and total cross section data on CF2D+ (CF2H+), and CF+ formation in CF2++ D2(H2) collisions. - Int. J. Mass Spectrom. (v tisku)
4.7 Příprava a struktura π -vazebně spojených titanocen-ferrocenových komplexů
Karel Mach et al.Intermetalické komplexy jsou předmětem zájmu pro možné fotoiniciované přenosy náboje mezi kovovými centry pro eventuální nelineární optické vlastnosti, a v neposlední řadě i pro použitelnost k přípravě nových multikomponentních keramických materálů. Syntéza
-vazebně spojených komplexů je dobře zvládnuta pro elektronově bohaté přechodové kovy, kombinace elektronově chudých kovů (Ti, Zr, Hf) s elektronově bohatými kovy jsou téměř neznámy (2 práce pro Ti-Fe).
Na základě našich dřívějších poznatků o reaktivitě nízkovalentních komplexů titanu se nám podařilo připravit dva typy komplexů obsahující metalocenová centra Ti(II) a Fe(II). V komplexech typu 1 (viz obr.) jsou elektronové hustoty na titanu modifikovány různým počtem methylových substituentů v cyklopentadienylových (Cp) ligandech (n = 0,4,5) a ferrocenylacetylenová část substituentem R (SiMe3 nebo phenyl). Acetylen je vázán k titanu zpětnou vazbou jíž se účastní d2 elektrony. Komplex pro n = 5 a R = SiMe3 jako jediný katalyzuje hlava k patě dimerizaci trimethylsilylacetylenu [1].
Ferrocenylacetylen byl rovněž použit jako stavební element 
5-cyklohexadienylového ligandu v komplexu 2, který vzniká námi dříve nalezenou reakcí komplexu CpTi(-Me3SiC ? CSiMe3)MgCp s terminálními acetyleny. Komplex je unikátní přímým spojením 5-ligandů obou metalocenů [2]. Připravené komplexy mohou poskytnout keramické materiály obsahující karbidy a silicidy obou přechodových kovů.
5-cyklohexadienylového ligandu v komplexu 2, který vzniká námi dříve nalezenou reakcí komplexu CpTi(-Me3SiC ? CSiMe3)MgCp s terminálními acetyleny. Komplex je unikátní přímým spojením 5-ligandů obou metalocenů [2]. Připravené komplexy mohou poskytnout keramické materiály obsahující karbidy a silicidy obou přechodových kovů.- P. Štěpnička, R. Gyepes, I. Císařová, V. Varga, M. Polášek, M. Horáček, K. Mach: Organometallics (v tisku).
- P. Štěpnička, J. Podlaha, M. Horáček, V. Hanuš, K. Mach: J. Organomet. Chem. (v tisku).
4.8 Úloha kapilárních vln v přenosu náboje přes rozhraní dvou rozpouštědel
Zdeněk Samec et al.Přenos náboje přes rozhraní dvou rozpouštědel se uplatňuje při extrakcích solí, v organické syntéze metodou tzv. katalýzy fázovým přenosem, v elektroanalýze s iontově- selektivními elektrodami nebo v elektrochemických modelech biologických membrán. Počítačové simulace ukázaly, že dynamickou úlohu v tomto procesu má kolektivní pohyb molekul obou rozpouštědel, který se projevuje vznikem tzv. kapilárních vln na rozhraní. Vlastnosti kapilárních vln (frekvence a amplituda) jsou však obtížně experimentálně přístupné.
Výzkumem elektrochemických vlastností rozhraní dvou rozpouštědel jsme prokázali existenci vztahu mezi kapilárními vlnami a měřitelným elektrickým odporem (impedancí) rozhraní. Vkládáním periodického napětí na rozhraní dochází k periodickým změnám povrchového napětí a s tím souvisejícím změnám amplitudy kapilárních vln. Rozhraní, na kterém je akumulován náboj pak funguje jako kondenzátor s proměnnou tloušťkou, a tedy generuje napětí, které se skládá s napětím vnějšího zdroje. Byl vyvinut elektrický model, který umožňuje analýzou měřené impedance rozhraní získat kvantitativní údaje o kapilárních vlnách a současně o rychlosti přenosu náboje. Závěry byly potvrzeny potlačením mechano-elektrických oscilací stabilizací rozhraní inertním polymerním nosičem. Tyto poznatky jednak osvětlují roli kapilárních vln, jednak nabízejí vysvětlení dříve pozorovaného efektu struktury iontů na elektrochemické parametry, které se nyní jeví jako artefakt. Navíc umožňují rozvinout novou koncepci elektrochemického výzkumu rozhraní dvou kapalin.
- Z. Samec, A. Trojánek, J. Langmaier: J. Electroanal. Chem. 444, 1, 1998.
- Z. Samec: Electrochim. Acta, 44, 85, 1998.
- Z. Samec, J. Langmaier, A. Trojánek: J. Electroanal. Chem. (v tisku).
- Z. Samec, A. Lhotský, V. Mareček: Electrochim. Acta (v tisku).
4.9 Rovnováha kapalina-pára - bibliografická databáze
Řešitelé: I. Wichterle, J. Linek, Z. Wagner (ÚCHP AVČR), H.V. Kehiaian (ITODYS, Paris)V roce 1998 byla ukončena významná etapa aktualizace bibliografické báze údajů o rovnováze kapalina-pára(plyn). Tato práce poskytuje potřebné prameny a informace o datech nezbytných jak pro všechny separační metody založené na rozdílné těkavosti složek systému (např. destilaci a rektifikaci), tak i pro ověřování teorií roztoků. K dnešnímu datu je v datové bázi za léta 1900-1997 zahrnuto celkem 11485 referencí o 16697 binárních a vícesložkových systémech obsahujících celkem 2708 látek.
Je třeba podotknout, že tato kontinuální práce dosáhla letos 25. výročí vydání první monografie (1973). Během tohoto období se dočkala celkem šesti knižních vydání a v posledních 4 letech je vydáván každoročně aktualizovaný kumulativní dodatek.
Paralelně s tištěnou verzí byl vypracován uživatelsky přívětivý softwarový produkt, integrující kumulativní databázi s víceúčelovým vyhledávacím programem. Pro informace tohoto druhu neexistuje na světě žádný alternativní zdroj, jinými slovy, Laboratoř chemické termodynamiky E. Hály má na ně celosvětový monopol, jehož životnost prokázal čas.
- Wichterle I., Linek J., Hála E.: Vapor-liquid Equilibrium Data Bibliography. 1053 pp., Elsevier Sci. Publ. Co., Amsterdam, 1973.
- Wichterle I., Linek J., Hála E.: Vapor-liquid Equilibrium Data Bibliography. Supplement I, 333 pp., 1976; Supplement II, 286 pp., 1979; Supplement III, 321 pp., 1982; SupplementIV, 274 pp., 1985, Elsevier Sci. Publ. Co., Amsterdam.
- Wichterle I., Linek J., Wagner Z., Kehiaian H. V.: Vapor-Liquid Equilibrium Bibliographic Database. 724 pp., ELDATA SARL, Paris 1993.
- Wichterle I., Linek J., Wagner Z., Kehiaian H. V.: Vapor-Liquid Equilibrium in Mixtures and Solutions. Bibliographic Database. (Supplement to: Vapor-Liquid)
4.10 Laserově indukovaná deposice nových materiálů
Řešitel: Josef Pola (ÚCHP AVČR)Moderní technika klade stále větší nároky na přípravu nových materiálů s přesně definovanými vlastnostmi. Na celém světě je proto výzkumu nových materiálů pro mikroelektroniku, optoelektroniku a jiné obory věnována mimořádná pozornost. Jednou z technik pro přípravu nových materiálů a nanočástic je chemická deposice z plynné fáze iniciovaná zářením laserů. Tato metoda umožňuje připravit povlaky z pevných částic při nízkých teplotách substrátu.
Spoluřešitelé: Zdeněk Bastl, (Ústav fyzikální chemie J. H. AVČR), a Jan Šubrt (Ústav anorganické chemie AVČR)
Na Ústavu chemických procesů byla ve skupině laserové chemie tato technika aplikována na přípravu různých polymerních filmů jako např. polykarbosilanů, polyoxogermanů, polyhydridosiloxanů a polypyridinu, ale též na přípravu filmů z telluru či selenu. Tyto filmy byly deponovány z plynné nebo kapalné fáze fotolýzou organických a organokovových prekursorů účinkem infračerveného a ultrafialového záření laserů. Výzkum probíhá ve spolupráci s četnými pracovišti v zahraničí (National Institute of Materials and Chemistry Research v Tsukubě, Universita v Chibě, Instituto de Estructura de la Materia v Madridu, Universität-Gesamthoch-schule ve Wuppertalu a Sussex University v Brightonu).
- Urbanová M., Morita H., Dřínek V., Bastl Z., Šubrt J., Pola J.: IR laser-induced thermal decomposition of trimethyl(2-propynyloxy)silane for chemical vapour deposition of polydimethylsiloxane phases. J. Anal. Appl. Pyrol. 44, 219 (1998).
- Ouchi A., Yamamoto K., Koga Y., Pola J.: Deposition of nanostructured Te and Te/C particles by excimer laser-induced the photolysis of organotelluriums in the liquid phase. J. Mater. Chem., v tisku.
- Pola J.: Polycarbosilane-based coatings by laser-induced polymerization of silenes in the gas phase. Surf. & Coat. Technol., 100-101, 408 (1998).
O výzkumu skupiny Laserové chemie byl v tomto roce napsán článek v prestižním časopise Advanced Coating Alert (May, 1998) pod názvem "Low-temperature CVD lowers coating decomposition".
4.11 Polymerní léčiva pro cílenou terapii
K. Ulbrich, V. Šubr, J. Strohalm, M. Pechar (ÚMCH AV ČR)Klasická terapie většiny nádorových onemocnění pomocí kancerostatik není plně úspěšná a navíc je doprovázena řadou něžádoucích toxických účinků dostupných a v klinice používaných léčiv. Ve spolupráci chemiků a biologů pracovišť AV ČR jsou vyvíjena nová léčiva, která mohou zaměřit cytotoxický účinek kancerostatika především na nádorovou tkáň a zároveň eliminovat vedlejší toxické účinky těchto léčiv na zdravé části živého organismu. Tato léčiva využívají vodorozpustného syntetického polymeru jako základního nosiče různých kancerostatik připojených k nosiči biodegradovatelnou vazbou. Polymerní systém nesoucí kancerostatikum je přednostně distribuován k nádorovým buňkám díky specifickým protilátkám, které jsou součástí polymerního nosičového systému a které jsou schopny v organismu rozeznat specifické povrchové znaky buněk cílové tkáně a celý systém k těmto buňkám dopravit. Podařilo se připravit několik typů takovýchto nových polymerních kancerostatik, lišících se strukturou základního polymerního nosiče (nosič biodegradovatelný připravený na bázi polyethylenglykolu, nedegradovatelný nosič na bázi methakrylamidů), použitým kancerostatikem (doxorubicin, 5-fluorouracil, methotrexát) a typem makromolekuly použité jako determinanta cíleného transportu (monoklonální a polyklonální protilátky, transferin). Výsledky in vitro a in vivo testování studovaných polymerů přispěly k pochopení vztahu mezi strukturou a cytotoxickým účinkem těchto látek a prokázaly, že studované systémy jsou velmi nadějné jako preparáty pro léčení vybraných modelových typů nádorových onemocnění u experimentálních zvířat.
B. Říhová, M. Jelínková, M. Šťastný, M. Kovář (MBÚ AV ČR)
- M. Jelínková, J. Strohalm, D. Plocová, V. Šubr, M. Šťastný, K. Ulbrich, B. Říhová "Targeting of Human T-lymphocytes by Monoclonal Antibody-HPMA Copolymer-Doxorubicin Conjugates Directed Against Different T-cell Surface Antigens" J. Controlled. Release 52, 253-270 (1998)
- B.Říhová, J. Strohalm, M. Jelínková, M. Šťastný, O. Hovorka, D. Plocová, V. Šubr, K. Ulbrich "Využití směrovaných léčiv v protinádorové terapii" Medical Journal 99, 439-446 (1998)
- K. Ulbrich, V. Šubr, J. Strohalm, D. Plocová, M. Jelínková, B. Říhová "Polymeric Drugs Based on Conjugates of Synthetic and Natural Macromolecules II. Synthesis and Physico-chemical Characterisation." J. Controlled Release, in press
- K. Ulbrich, V. Šubr, M. Pechar, J. Strohalm, M. Jelínková, B. Říhová "Hydrophilic Polymers for Drug Delivery"
- Macromol. Symp., in press
4.12 Kompatibilizace polymerních směsí.
I.Fortelný, Z.Horák, D.Hlavatá, Z.Kruliš, F.LednickýProsté míchání polymerů většinou nestačí k přípravě směsí s dobrými užitnými vlastnostmi. Proto se v celosvětovém měřítku věnuje značná pozornost kompatibilizaci, která umožňuje získat materiály s požadovanými vlastnostmi. Kompatibilizace se provádí buď reaktivním (reakcí funkčních skupin při míchání směsí vznikají kompatibilizátory) nebo aditivním (ke složkám směsi jsou přidávány blokové nebo roubované kopolymery s bloky mísitelnými se složkami směsi) způsobem. Byly studovány oba postupy: (i) reaktivní systém na bázi kapalných polybutadienů pro směsi polyolefinů, (ii) aditivní kompatibilizace směsí polyolefinů s polystyrenem pomocí styren-butadienových blokových kopolymerů. Byla tak objasněna tvorba fázové struktury uvedených směsí a navržen efektivní postup pro konkrétní materiály, a to jak pro nové typy, tak pro recyklaci odpadních plastů. Praktická využitelnost postupu byla úspěšně ověřena v provozních podmínkách vstřikováním vybraných dílů z kompatibilizované polyolefinické frakce komunálního plastového odpadu. Kvalita výrobků byla srovnatelná se standardními výrobky z panenských termoplastů.
- Kruliš, Z., Horák, Z., Lednický, F., Pospíšil, J., Sufčák, M.: Reactive compatibilization of polyolefins using low molecular weight polybutadiene. - Angew. Makromol. Chem. 258: 63 (1998).
- Hlavatá, D., Horák, Z., Hromádková, J., Lednický, F.: Compatibilization of PS/PP blends by means of styrene-butadiene block copolymers with different length of the PS blocks. - J. Polym. Sci., Polym. Phys., zasláno
- Fortelný, I., Kruliš, Z., Michálková, D., Horák, Z.: Compatibilization of polyethylene/polypropylene/polystyrene blends. - Angew. Makromol. Chem., zasláno
- Kruliš, Z., Horák, Z., Sufčák, M.: Recycling of commingled polyolefin waste. - Acta Montana, v tisku
4.13 Uspořádání a pohyblivost v supramakromolekulárním systému
J.Kříž, J.Pospíšil, Z.Tuzar, J.Brus, J.Jakeš, D.DoskočilováJedním z typů útvarů, ve kterých se určitý stupeň nenáhodnosti primární struktury makromolekul samovolně projevuje uspořádáním, jsou polymerní micely. Vznikají např. ve vodě shluknutím několika desítek řetězců tzv. blokových kopolymerů, v nichž je hydrofilní řetězec propojen s hydrofobním, tedy vodu odpuzujícím řetězcem jedinou chemickou vazbou. Tato vazba, tvořící molekulární rozhraní, je v micele umístěna mezi jejím kulovým jádrem, složeným ze shluklých hydrofobních řetězců, a podstatně řidší koronou rozprostřených hydrofilních řetězců. Polymerní micely mají celou řadu praktických využití, např. v řízeném dávkování léčiv nebo pesticidů, v úpravě vody nebo chladicích medií. Slouží však také jako model útvaru, který má zřejmý stupeň uspořádání a přitom si udržuje podstatnou pohyblivost. Vztah uspořádání a pohyblivosti je konkurenční jen na nižších úrovních řádu hmoty. Micely jsou blízko přechodu, kdy se tento vztah začíná projevovat kooperativně jako dynamický řád.
Kombinací jaderné magnetické resonance s rozptylem světla a neutronů jsme nejen objasnili detailní strukturu micely, ale také poprvé jsme provedli kompletní analýzu pohyblivosti jejích částí. Zatím co celá micela rotuje vysokou rychlostí, její jednotlivé řetězce současně vykonávají vlnivé pohyby, které jsou vzájemně nejvíce závislé v oblasti rozhraní a stávají se volnějšími směrem k obvodu i jádru micely. Ještě volnější, i když nikoliv nezávislé, jsou pohyby oblaku malých iontů, které micelu provázejí. Podle našich zjištění je zdrojem dynamického řádu v micele pohyblivá rovnováha přitažlivých a odpudivých interakcí, v níž molekulární rozhraní hraje aktivní roli.
- J.Kříž "NMR as a probe into local, semilocal and global dynamics of supramacromolecular systems" Central European Discussion Groups 13th NMR Valtice, abstract 11, 1998
- J.Kříž "NMR as a probe into the structure dynamics of supramacromolecular systems" invited lecture at the XXIV European Congress on Molecular Spectroscopy, abstract A11, Prague 1998
- J.Kříž "NMR study of order and mobility in supramacromolecular systems" 2nd Korean-Czech Joint Symposium on Macromolecular Chemistry, Abstract 1, Prague 1998
- J.Kříž, J.Pleštil, Z.Tuzar, H.Pospíšil, J.Brus, J.Jakeš, B.Masař, P.Vlček, D.Doskočilová "Interface affected polymer dynamics: NMR,SANS, and DLS study of the influence of shell-core interactions on the core chain mobility..."Macromolecules, v tisku (po korektuře)
4.14 Zjištění metabolismu analogů hmyzího juvenilního hormonu (juvenoidů) originálním radioanalytickým přístupem
Byly získány nové poznatky o působení juvenoidů v hmyzím organizmu, zejména u muších druhů Sarcophaga bullata a Glossina palpalis. Molekula vybraného juvenoidu byla radiostopovači značena ve třech různých polohách. Tento originální přístup umožnil radiochromatograficky detegovat podstatně větší počet metabolitů juvenoidu než postup využívající jediné radioznačení. Jednotlivé metabolity bylo možné takto detegovat v koncentracích o dva až tři řády nižších než při jejich detekci pomocí ultrafialového záření. Výsledkem bylo určení distribuce aplikované látky a jejích metabolitů v organizmu (pomocí speciální radiotopografie vyvinuté v ústavu) a prokázání jejich struktury. Nový metodický přístup umožnil kvantifikovat množství sloučenin zastoupených v jednotlivých hmyzích orgánech či v exkrementech. Užití dvou druhů much a jejich exkrementů umožnilo komplexně porovnat jejich metabolismy, přičemž rozdíly byly vyjádřeny kvalitativně i kvantitativně.
- Tykva, R., Wimmer, Z., Bennettová, B., Vlasáková, V.: A study of the metabolic degradation of an insect juvenile hormone analog using different radiolabeling. - Helv. Chim. Acta 81: 163-173 (1998).
- Tykva, R.: Selection of a pesticide with low environmental impact. - Ecotox. Environ. Saf. 40: 94-96 (1998).
4.15 Nový způsob přípravy molekul s helikální chiralitou
Byla vypracována nová obecná metoda přípravy helikálně chirálních molekul, která je založena na intramolekulární [2+2+2] cykloisomerizaci triinů za katalýzy komplexy tranzitních kovů.
Strukturní motiv helikálního uspořádání je typický pro klíčové složky živé hmoty, jakými jsou nukleové kyseliny a proteiny. Na rozdíl od těchto látek přitahovaly malé helikálně chirální organické molekuly dosud nesrovnatelně méně pozornosti. Hlavním důvodem, proč byly opomíjeny, byla jejich často obtížná dostupnost, což lze dokumentovat značnými problémy při syntéze karbohelicenů jako typických představitelů. Ačkoliv jsou nejrůznější deriváty malých helikálně chirálních látek předurčeny k řadě aplikací v oblasti asymetrické organické syntézy, supramolekulární či materiálové chemie, možnosti jejich unikátního využití zůstávají stále neprozkoumány.
Z těchto důvodů jsme vypracovali nový způsob přípravy molekul s helikální chiralitou založený na intramolekulární [2+2+2] cykloizomerizaci tryinů za katalýzy komplexy kobaltu či niklu:
Ukázali jsme, že tato metodologie umožňuje jednoduchou přípravu řady helikálně chirálních penta-, hexa- a heptacyklických látek včetně substituovaných derivátů. Uvedený přístup lze využít i pro syntézu produktů v multigramovém měřítku včetně klasických karbohelicenů. Zjistili jsme, že použití chirálních komplexů niklu generovaných in situ umožňuje řídit smysl zatočení šroubovice při jejím utváření. Jedná se o první případ úspěšné aplikace enantioselektivní katalýzy při konstrukci výlučně helikálně chirálního skeletu malé organické molekuly. U vybraných sloučenin jsme určili racemizační bariery. Řada produktů byla rozštěpena na enantiomery v analytickém měřítku.
Výhodnost nové metody syntézy helikálně chirálních látek oproti dosud známým postupům spočívá v její univerzálnosti, efektivitě a možnosti kontrolovat helicitu skeletu při jeho utváření.
Práce v impaktovaných zahraničních časopisech:
Otištěné:
Otištěné:
- Stará, I. G.; Starý, I.; Kollárovič, A.; Teplý, F.; Šaman, D.; Tichý, M. J. Org. Chem.1998, 63, 4046.
Novel Strategy for the Synthesis of Molecules with Helical Chirality. Intramolecular [2+2+2]
Cycloisomerization of Triynes under Cobalt Catalysis. - Stará, I. G.; Starý, I.; Kollárovič, A.; Teplý, F.; Šaman, D.; Fiedler, P. Tetrahedron1998, 54, 11209.
Coupling Reactions of ortho-Substituted Aryl Halides with Alkynes. The Synthesis of Functionalized 1-Naphthyl-, 1-(1-Naphthyl)-2-phenyl-, and 1,2-Bis(1-naphthyl) acetylenes.
- Stará, I. G.; Starý, I.; Kollárovič, A.; Teplý, F.; Vyskočil, Š.; Šaman, D. Tetrahedron Lett.1999, 40.
Transition Metal Catalysed Synthesis of Tetrahydro Derivatives of [5]-, [6]- and [7]Helicene.
4.16 Autokatalytické štěpení aspartátové proteasy z Mason-Pfizerova viru
Retroviry způsobují řadu závažných onemocnění, a proto je studiu jejich životního cyklu věnována velká pozornost. Přesto zůstává několik dějů v životním cyklu neobjasněno. Není např. doposud známo, jakým způsobem je regulována proteolytická aktivita virem kódované proteasy, která je zodpovědná za zrání retrovirových částic. Mason-Pfizerův virus (M-PMV), zástupce D-typu retrovirů, je atraktivní experimentální model pro studium tohoto procesu. Ke skládání nezralých prokapsid, které obsahují polyproteinové prekursory a virovou RNA, dochází u tohoto viru v cytoplasmě. Proteasa je součástí polyproteinových prekursorů. Je však aktivována až po transportu prokapsid k membráně, vypučení a uvolnění nezralých virových částic. Proces aktivace proteasy musí být vysoce regulovaný proces, avšak mechanismy regulace nejsou doposud známy. U retrovirů se obvykle vyskytuje jedna proteolyticky aktivní forma proteasy. Podařilo se nám prokázat, že u M-PMV se vyjímečně vyskytuje několik proteolyticky aktivních forem proteasy. Jednotlivé formy se liší molekulovou hmotností a proteolytickou aktivitou.
Gen kódující proteasu a sousední sekvence z otevřeného čtecího rámce pro proteasu byly klonovány do expresního vektoru pGOOT7Q. Exprese probíhající pod transkripční kontrolou promotoru bakteriofága T7 v buňkách E. coli poskytuje 26 kDa prekursor proteasy. Autokatalytickým vyštěpením z prekursoru od C-konce vzniká 17 kDa forma protesy, která se dále procesuje na 13 a 12 kDa proteiny v závislosti na pH a iontové síle. Se zkracováním molekuly dochází k výraznému poklesu proteolytické aktivity proteasy. Jednotlivé formy proteasy byly isolovány, N-koncová sekvence byla stanovena na sekvenátoru bílkovin. C-koncová sekvence byla určena pomocí elektronsprejové ionizační hmotové spektrometrie. 17 a 13 kDa formy M-PMV protesy byly také detegovány ve zralých virových částicích M-PMV. Viriony byly isolovány z CMMT buněčné linie, která je chronicky infikovaná tímto virem. Projekt je řešen ve spolupráci s laboratoří Prof. Erica Huntera z University of Alabama v Birminghamu v USA, kde jsou prováděny in vivo experimenty.
Získané výsledky umožňují vyslovit hypothesu, že jednotlivé formy proteasy M-PMV mohou být zodpovědné za štěpení substrátů v různých stádiích maturačního procesu retroviru. Tento mechanismus zkracování molekuly proteasy v závislosti na okolních podmínkách může být jedním z regulačních prvků v procesu aktivace a inaktivace retrovirové proteasy. V současnosti probíhají další experimenty, které by měly objasnit, důvod existence více aktivních forem proteasy u D-typu retroviru.
Práce spojené s tímto projektem:
- Zábranský, A., Hrušková-Heidingsfeldová, O., Havlíček, V., Andreanský, A., Hunter, E., Ruml, T. and Pichová, I. (1998) Three active forms of aspartic proteinase from Mason-Pfizer Monkey Virus. Virology, 245, 250-256.
- Pichová, I., Zábranský, A., Košťálová, I., Hrušková, O., Andreanský, M., Hunter, E., and Ruml, T. (1998) Analysis of autoprocessing of Mason Pfizer monkey virus proteinase in vitro: three active forms of proteinase. Adv. Exp. Med. Biol. 436, 105 - 108.
- Pichová, I. (1998) Simian Mason-Pfizer virus retropepsin. Handbook of Proteol. Enzymes, Acad. Press Limited, London, UK (A. Barrett, ed.) 942 - 944.
- Zábranský, A., Hunter, E., Ruml, T., and Pichová, I. (1998). Regulation of autoprocessing of proteinase from Mason-Pfizer Monkey Virus. Herbsttagung/Fall Meeting of the gesellschaft fur Biochemie und Molelarbiologie, Jena, září 27-30, 1998.
