Vědecké zaměření Oddělení molekulární elektrochemie a katalýzy

Výzkumné zájmy

Oddělení molekulární elektrochemie a katalýzy zaměřuje svou výzkumnou činnost na odhalování základních vztahů mezi strukturou, geometrií, elektronovou distribucí, redoxními vlastnostmi a reaktivitou organických, organometalických a komplexních molekul pomocí různých elektrochemických, spektroskopických a kvantově chemických metod za účelem optimalizace jejich vlastností vyžadovaných pro dané praktické využití. Naším cílem je propojit výstupy základního výzkumu s návrhem a syntézou nových molekul vhodných pro nejrůznější aplikace (katalýzu, chemické transformace, chemosensory a receptory, medicinální aplikace, fotovoltaiku apod.).

Zvláštní pozornost je věnována molekulám s více redoxními centry (push-pull systémy, dinukleární komplexy, polynitro sloučeniny atd.), kde jsou experimentálně studovány jejich vzájemné interakce, intramolekulární přenos elektronů, distribuce hustoty elektronů a rozsah jejich delokalizace. Kromě nových makrocyklických sloučenin (jako jsou kalixareny) s očekávanou aplikací na poli specifických receptorů pro kationty nebo anionty a kromě molekul na bázi isobenzofuranu či indiga pro singlet fission (přeměna sluneční energie), jsou studovány molekuly komplexů přechodných kovů nesoucí organické ligandy pro uplatnění v homogenní katalýze a medicinálních aplikacích.
Experimentální vybavení a zařízení zahrnuje syntetické laboratoře vybavené pro přípravu a manipulaci s vysoce citlivými materiály na kyslík a vodu. Pro charakterizaci sloučenin jsou k dispozici NMR, EPR a UV-vis/IR spektrometry, kompletní zařízení pro elektrochemické experimenty a měření. K dispozici jsou také zařízení využívající in-situ kombinace výše uvedených metod (UV-vis a EPR spektro-elektrochemie, sonoelectrochemie, elektrochemicky generovaná luminiscence) pro studium radikálů a reakčních meziproduktů za účelem objasnění reakčních mechanismů. Interpretace experimentálních dat je vždy korelována s kvantově chemickými výpočty.

Směry výzkumu jsou:

• Elektrochemické studie organických, organometalických a koordinačních sloučenin s cílem objasnit vztah mezi jejich strukturou, geometrií, elektronovou distribucí a redoxními vlastnostmi.

• Fundamentální studie redoxních vlastností, reakčních mechanismů a katalytických schopností nově syntetizovaných organometalických molekul, vliv substituce a geometrie.

• Experimentální a teoretické studie molekul s více redoxními centry (intramolekulární interakce elektronů uvnitř molekuly, rozsah delokalizace elektronů v molekule), využití pro výzkum redoxních sond.

• Návrh a syntéza nových komplexních sloučenin přechodných kovů:

  • pro katalytické transformace nenasycených uhlovodíků (polymerizace a oligomerizace alkenů nebo alkinů) a jiných substrátů.
  • s cytostatickými, migrastatickými a radio-sensitizing vlastnostmi.
  • mající úlohu Lewisovsky kyselých center, vykazující neobvyklou reaktivitu, aktivující malé molekuly.

• Využití boranů, borátů, a silanů v katalytických procesech a studium jejich elektrochemických vlastností.

• Vývoj a optimalizace vícesložkových (binárních, ternárních) katalytických systémů pro transformace organických molekul a objasnění jejich reakčních mechanismů.

• Vytváření ligandů pomocí elektrochemických procesů na bázi stabilních poly-radikálových částic, studium možností jejich využití v komplexních sloučeninách.

• Stereoelectrochemistry - studium konformační a molekulové geometrie, dynamických vlastností v roztoku včetně elektrochemické odezvy.

• Kombinované foto- a elektrochemické studie singlet fission procesu na isobenzofuranových derivátech, elektrochemicky generovaná luminiscence (ECL).

• (Spectro)elektrochemické studie reaktivity ftalaldehydu a dalších dialdehydů obsahující O-, N- a S- nukleofilní heteroatomy, aminokyseliny a oligopeptidy, in-situ identifikace meziproduktů a produktů, objasnění mechanismu reaktivity.