Studentská vědecká konference

Germanan je 2D nanomateriál, podobný grafenu a silicenu. Společně s těmito materiály patří mezi jedny z moderních materiálů nano světa a disponuje vlastnostmi jež mu dávají mnohé využití ve vědě a elektronice. Jednou z těchto vlastností je jeho schopnost na svém povrchu adsorbovat molekuly organických rozpouštědel. Tyto molekuly následně ovlivňují elektrochemické vlastnosti tohoto materiálu, které je možné pozorovat a měřit. Způsobem měření těchto změn je Elektrochemická impedanční spektroskopie. Tato metoda umožňuje zaznamenávat vliv adsorbované látky na fázovém posunu a impedanci materiálu. Různé látky mají různý vliv na tyto vlastnosti, a tak je možné tyto látky pomocí těchto rozdílů identifikovat. Germanan je také možné modifikovat a díky tomu upravit nejen schopnost materiálu sorbovat organická rozpouštědla, ale také umožňuje prodloužit trvanlivost materiálu či jeho selektivitu k různým rozpouštědlům. To vše nám dává možnost upravit  materiál jak je třeba, tak aby detekoval požadované organické rozpouštědlo. Germanany v této práci byly syntetizovány ze Zintlových fází, následně modifikovány a nanášeny na prstové elektrody na kterých byla následně měřena elektrochemická impedanční spektroskopie. Výsledky měření byly poté použity k zhodnocení senzorových vlastností materiálů  

Sulfidy přechodných kovů mají zajímavé elektrochemické vlastnosti a mohou najít využití jako katalyzátory pro elektrochemický rozklad vody nebo do palivových článků. Avšak jejich nevýhodou může být nižší elektrická vodivost. Toto lze zlepšit depozicí na vodivý substrát, jako je například grafen. Výhodou grafenu je jeho chemická stabilita nebo velký měrný povrch, ale absence zakázaného pásu a nízká absorpce záření limituje aplikační potenciál ve fotoelektrokatalýze. Pro tento účel by se jako substrát mohly využít jiné 2D nanomateriály např. karbidy přechodných kovů neboli MXeny. Nejvíce prozkoumány jsou kompozitní materiály grafenu s MoS₂ a WS₂. Ukazuje se však, že využití směsných chalkogenidů více kovů může vést k daleko lepším vlastnostem kompozitů. Tato práce navazuje na předchozí výzkum ve skupině a zabývá se přípravou kompozitních materiálů, které se skládají z vodivých substrátů, grafenu nebo MXenu (Ti₃C₂), na které byly deponovány směsné sulfidy obsahující Mn, Fe, Co, Ni, Cu a Zn. Tyto materiály byly charakterizovány z hlediska jejich složení, morfologie a následně i elektrochemických vlastností (rozklad vody a redukce O₂ a N₂).  

V této práci byly připraveny vzorky hořečnatých pojiv na bázi reaktivního oxidu hořečnatého (MOC) - referenčního MOC, MOC dopovaného grafenem a MOC s grafenem a simulanty mimozemských hornin tvořícími plnivo. Fázové složení připravených kompozitních materiálů bylo následně analyzováno rentgenovou difrakční analýzou, chemické složení bylo určeno rentgenovou fluorescenční analýzou a energiově disperzní spektroskopií. Mikrostruktura byla studována pomocí optického mikroskopu a skenovací elektronové mikroskopie. U všech vzorků byla též změřena pevnost v tlaku, pevnost v ohybu a Youngův modul pružnosti. Vysocepevný kompozit MOC/grafen by mohl najít uplatnění ve stavebním průmyslu, zatímco kompozity MOC/grafen se simulanty hornin by mohly v budoucnu sloužit jako základní stavební materiál na Měsíci a Marsu.

Ammonia occupies a significant place in modern industry due to its various applications in many different fields such as production of ammonium nitrate and urea which are used as fertilizers, and fossil fuels. However, the main means involved in its production is the Haber-Bosch process which is a highly energy-demanding process due to the operating conditions causing increased costs as well as unfavourable environmental consequences. Therefore, as a more beneficial alternative, electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) is being developed but on a smaller scale which aims to optimize the process. One of the limitations of this new method, is the efficiency and selectivity of catalysts. Unfortunately, the NRR competes with an electrochemical hydrogen reduction reaction (HER) which is usually more favourable reaction. Therefore, this work is focused on materials with lower HER electrocatalytic activity based on previous theoretical and experimental studies. Since there are a lot of options in the groups of transition metals, chalcogenides or thiophosphates which have not yet been investigated for NRR, this work focuses on widening the range of possibilities by testing a series of metal thiophosphates for the high yields of ammonia with appropriate faradaic efficiency.  

Od počátku 20. století, kdy E. Rutherford detekoval záření alfa pomocí stínítka se ZnS a položil tak základy jaderné fyzice, byla započata snaha vyvíjet nové scintilující materiály schopné detekovat ionizující záření. Při naší práci byly studovány scintilační vlastnosti dopovaného PbHfO₃, který byl zvolen pro jeho vysokou hustotu (10,2 g/cm³), vysoké efektivní atomové číslo, ale také pro nedostatek informací o jeho scintilačním chování. To má zřejmě původ v nesnadné přípravě oxidu, který má jednak vysokou t.t. a zároveň obsahuje PbO s vysokou tenzí par. V předešlé části výzkumu jsme zjistili, že dopování stronciem nemá téměř žádné výsledky, i přes to že SrHfO₃ je významným scintilárorem. Proto jsme přešli k dopování bismutem, kde je možno sledovat luminiscenci Bi³⁺ a zároveň zachovat těžkou matrici, a vápníkem, kde bylo snahou měnit šíři zakázaného pásu. Peroxo-precipitační metodou byly připraveny série Ca_(x)Pb_(1-x)HfO₃ a Bi_(x)Pb_(1-x)HfO₃. Zatímco vzorky obsahující Ca nevykazují téměř žádné scintilační vlastnosti, vzorky obsahující Bi v koncentracích x = 0,01 a 0,2 mají silné emisní maximum okolo 474 nm. Tyto vzorky jsou v současné době podrobněji opticky charakterizovány (měření fotoluminiscence a kinetiky obou luminiscenčních jevů) a budou připraveny další koncentrace dopantu.

Díky svým unikátním vlastnostem, jako jsou například velký specifický povrch, katalytické a elektrochemické vlastnosti, jsou vrstevnaté materiály v dnešní době velmi podrobně zkoumané látky. Některé z těchto vlastností se dají výrazně ovlivnit pomocí chemické modifikace původního materiálu tak, aby přesně vyhovovaly zamýšlené aplikaci. Tato práce se zabývá fotochemickou modifikací kyanopropyl germananu pomocí komplexů přechodných kovů, např. Mn(Cp)(CO)₃ nebo Fe(CO)₅. Reaktivita germananu s komplexy se porovnává v závislosti na použitém rozpouštědle a přítomnosti, či absenci UV záření. Při reakci se uvažuje substituce pouze jedné CO skupiny, ale je možné nahradit více než jednu.  

Jedním ze současných témat katalýzy je využití flavinů či flaviniových solí jako organokatalyzátorů. Inspirací pro katalyzátory fungující in vitro, jsou systémy pracující in vivo, kde jsou flaviny přenašeči elektronů. Pokud jsou tyto látky opticky čisté, lze je využít pro katalýzu enantioselektivní. Takovým příkladem jsou axiálně chirální flaviny s bráněnou rotací 1. Objemný substituent R ovlivňuje rotaci kolem sigma vazby mezi atomem dusíku na flavinu a atomem uhlíku na fenylu. Tyto substituenty mohlo být jak částice elektronegativní, tak elektropozitivní. Předmětem mé práce je studium elektrochemických vlastností těchto látek v souvislosti s jejich vypočtenými rotačními bariérami a také studium vlivu těchto substituentů na možnost jejich komplexace s ionty kovů.

Moje práce se zabývá kvalitativní analýzou kokainu a jeho ředicích látek pomocí metody práškové rentgenové difrakce. V práci jsem analyzoval čistý i pouliční vzorek kokainu, nejčastěji používané ředicí látky, se kterými se kokain při nelegální distribuci ředí. Dále jsem si připravil a změřil směsi kokainu a vybraných ředicích látek, které jsem analyzoval pomocí knihovny difraktogramů, kterou jsem sestavil z naměřených difraktogramů čistého kokainu a čistých ředicích látek. Prášková rentgenová difrakce není ve forenzní praxi doposud hojně využívána, ačkoliv Úřad OSN pro drogy a kriminalitu tuto metodu jako jednu z možných doporučuje. V budoucnu by tato metoda, pro svoji jednoduchou obsluhu a nenáročnost přípravy vzorku, mohla být ve forenzní praxi více využívána.

Granáty jsou známými materiály díky své vysoké tvrdosti, odolnosti vůči tepelnému šoku, relativně vysoké hustotě, chemické stabilitě atd. Tyto vlastnosti mají navíc kvůli kubické struktuře izotropní chování. Díky tomu mají v dnešní době syntetické granáty velké uplatnění v optice, zejména po dopování opticky aktivními ionty. Existuje celá řada granátových materiálů, které mají uplatnění v luminiscenčních technikách, např.YAG:Nd, LuAG:Pr anebo GGAG:Ce. Jak už bylo řečeno, struktura takových materiálu se skládá z oxidové matrice a aktivátoru (dopantu), který pak emituje charakteristické záření. V případě scintilačního efektu předchází emisi komplexní proces absorbce a přenosu excitonů, který souvisí se šířkou zakázaného pásu. Je známo, že s měnicí se koncentrací konstrukčních prvků v granátu lze ovlivňovat šířku zakázaného pásu, a tím i vzájemnou polohu energetických hladin dopantu. Takto lze nastavovat kvantový výtěžek a doby dosvitu scintilace, případně vlnovou délku emitovaného světla. Tato práce se zabývá vlivem obsahu konstrukčních prvků na scintilační a luminiscenční parametry granátů se sumárním vzorcem Gd₃(Ga,Sc,Al)₅O₁₂:Ce. I když koncentrační vliv Sc/Al, Al/Ga zvlášť na parametry zakázaného pásu granátu byl již studován, vliv více parametrů najednou zatím nebyl publikován.

Hlavním tématem mé práce je rentgenová prášková difrakce, což je analytická metoda, kterou využívám pro kvalitativní analýzu heroinu a jeho směsí s ředicími látkami nejčastěji se vyskytujícími v pouličních vzorcích. Heroin zde vystupuje jako zástupce ilegálních drog. Dále se zaměřuji na různé doposud známé způsoby vyhodnocení kvantitativní analýzy u rentgenové práškové difrakce, které porovnávám jak mezi sebou, tak i s metodou vytvořenou v mé bakalářské práci pro odhad procentuálního zastoupení látek v dané směsi. Mezi těmito metodami se snažím najít rozdíly v přesnosti stanovení kvantity pro různé typy směsí. Rentgenová prášková difrakce doposud není využívána v této oblasti forenzní praxe, avšak je otázka, zda by v budoucnu mohla posloužit jako nezávislá analytická metoda, která by doplňovala analytické metody ve forenzní praxi v současné době užívané.  

Perovskity jsou skupinou materiálů s krystalovou strukturou založenou na struktuře minerálu perovskitu (CaTiO₃) mající buď kubickou nebo velmi blízkou distortovanou strukturu. Tyto materiály nabízí širokou škálu různých kombinací chemického složení a vlastností (např. ferroelektrické a piezoelektrické vlastnosti, supravodivost) pro různorodé uplatnění např. v elektronice, fotovoltaice atd. Perovskity lze připravit v různých formách např. reakcí v pevné fázi, CVD povlakováním nebo sol-gel metodou. Tyto metody z hlediska vysokých pracovních teplot nejsou ovšem vhodné pro přípravu multivrstevnatých materiálů s různou tepelnou stálostí. Tento problém lze vyřešit hydrotermální syntézou. Cílem této práce bylo vyzkoušet přípravu částic a tenkých vrstev BaTiO₃ hydrotermálním růstem, při kterém dochází ke krystalizaci látek z vodných roztoků při vysokých tlacích a nízkých teplotách. Jelikož tyto vrstvy budou kombinovány např. s nanodiamantovou strukturou, zaměřili jsme se na fázovou čistotu a krystalinitu bez dalšího vysokoteplotního zpracování.

Vysokoteplotní supravodivé disky na bázi směsného oxidu mědi YBCO jsou připravovány jako jednodoménové monokrystaly růstem z taveniny metodou TSMG (top-seeded melt growth). Tyto disky jsou následně podrobeny analýze supravodivých vlastností (levitační síla). Pokud jsou během této analýzy objeveny výraznější odchylky (například z důvodu růstu sekundárních zrn), je nutno tyto disky vyřadit. Cílem této práce je optimalizovat proces recyklace těchto defektních disků chemickou cestou a využít suroviny získané recyklací k úspěšné přípravě nových jednodoménových monokrystalů. YBCO disky a produkty recyklace byly detailně analyzovány pomocí rentgenové fluorescence (XRF) a rentgenové difrakce (XRD). Vyvinutí této metody a její uvedení do praxe zajistí uzavření výrobního cyklu supravodičů na bázi YBCO a vyřeší problém s ukládáním cenného, avšak nebezpečného odpadu.  

Tato práce byla zaměřena na přípravu a následnou analýzu kompozitních materiálů dopovaných uhlíkovými nanoaditivy (grafen, oxid grafenu, vícevrstvé uhlíkové nanotrubice). Jejich základem byla fáze 5 Sorelova cementu (MOC). Pro přípravu byl využit vysoce reaktivní oxid hořečnatý, který sloužil z části také jako plnivo. Celkem byly připraveny dva vzorky kompozitů kombinující grafen a uhlíkové nanotrubice, dva vzorky kombinující oxid grafenu a oxidované uhlíkové nanotrubice a jeden referenční vzorek čisté fáze 5 MOC. Po vytvrdnutí byly výsledné produkty podrobeny analýzám XRD, SEM, TEM, EDS a OM s jejichž pomocí bylo zkoumáno chemické a fázové složení a mikrostruktura. Byly také stanoveny mechanické vlastnosti připravených kompozitů.  

Směsné oxidy těžkých prvků jsou ve výzkumu stále žádanými materiály pro vývoj scintilátorů užívaných pro detekci tvrdého záření. Lu₂Hf₂O₇ patří zatím mezi méně prozkoumané, avšak slibné kandidáty pro další výzkum a využití díky vysokému efektivnímu protonovému číslu a vysoké materiálové hustotě. Cílem této práce byla příprava Lu₂Hf₂O₇ ve formě keramické preformy, která se využije při růstu monokrystalu metodou Optical Floating Zone (OFZ). Prekurzor byl připraven reakcí v pevné fázi s vícestupňovým žíháním a z něho byly následně izostaticky za studena vylisovány tyčky, které se poté slinovaly při teplotách 1500–1700 °C. Cílem bylo připravit fázově čistou kompaktní keramiku s maximální objemovou hustotou. Fázové složení bylo analyzováno za pomocí metody XRD a stechiometrie ověřena pomocí XRF. Mikrostruktura byla pozorována pomocí SEM. Stejným postupem pak bude připraven materiál dopovaný Ce³⁺ na němž budou zkoumány již i optické a scintilační vlastnosti.

V této práci je věnována pozornost využití hydratovaných nanokrystalů oxidu ceričitého pro účely odstraňování vybraných organických látek z vody. Nanokrystaly byly připraveny precipitační metodou a následně byly charakterizovány pomocí HRTEM a rentgenové difrakce. Bylo vybráno deset organických látek s dobrou rozpustností ve vodě, s aromatickým jádrem a různými funkčními skupinami. K roztokům těchto látek bylo přidáno určité množství hydratovaného oxidu ceričitého a bylo uděláno srovnání s roztokem  obsahujícím ekvivalentní množství vysušeného oxidu ceričitého, který byl připraven vysušením hydratovaných nanokrystalů. Absorbance všech vzorků byla měřena v čase pomocí UV-Vis spektroskopie. U osmi vybraných sloučenin, u kterých byl na UV-Vis spektru viditelný pokles absorbance, bylo změřeno i Ramanovo spektrum, ze kterého následně byl určován možný typ sorpce a vazebné centrum.

V poslední době roste zájem o obnovitelné zdroje energie, které nabízejí alternativu k fosilním palivům. Nevýhodou těchto zdrojů je jejich nestálý výkon v čase, a proto je třeba dočasně ukládat přebytečnou energii vhodnou technologií. Perspektivní technologií pro vratnou přeměnu energie jsou vysokoteplotní články s pevnými oxidy (SOC), jejichž hlavní výhodou je schopnost pracovat jako elektrolytický nebo jako palivový článek v rámci jednoho zařízení. Provozní teplota SOC se pohybuje kolem 800 °C, což vede k rychlé kinetice reakcí, ale zvyšuje nároky na použité materiály. Klíčovou součástí SOC je plynotěsný elektrolyt, který je nejběžněji tvořený oxidem zirkoničitým dopovaným oxidem yttritým (YSZ). Oxid yttritý vytváří kyslíkové vakance ve struktuře oxidu zirkoničitého a ovlivňuje tak iontovou vodivost YSZ elektrolytu. Tato práce byla zaměřena na přípravu a charakterizaci YSZ elektrolytu o různém přídavku dopantu Y₂O₃. Nejprve byl syntetizován YSZ prášek a následně z něj byly připraveny elektrolyty, u kterých byly zkoumány strukturní vlastnosti spektroskopickými metodami a iontová vodivost pomocí elektrochemické impedanční spektroskopie. Získané výsledky nám umožňují lépe popsat vliv složení elektrolytu a strukturních vlastností na celkovou iontovou vodivost elektrolytu.

Jedna z otázek provozu svazku palivových článků je jeho funkce za extrémních teplot. Nad 70°C dochází k vysoušení membrány. Jelikož svazek přeměňuje chemickou energii na elektrickou s přilbližně 50% účinností, je nutné odvádět ze svazku značné množství tepla. Pokud je venkovní teplota nad 40 °C může dojít v důsledku nízkého teplotního gradientu k přehřátí svazku. Naopak při teplotách pod bodem mrazu může dojít ke zmrznutí vody vázané v membráně a katalytické vrstvě. V důsledku toho může dojít k trvalému poškození některé z výše uvedených komponent, případně k jejich delaminaci. Za běžného provozu je článek chlazen, při nízkých teplotách však záleží na tom, zda je množství tepla vznikajícího v článku dostatečné. V případě vstupujícího vzduchu nepředstavuje nízka okolní teplota problém, protože v důsledku jeho komprimace dochází k ohřátí a vzduch tak do katodového porostoru přichází vždy s dostatečnou teplotou. Jiná situace je však u vodíku, který bývá skladován za tlaku několika desítek až stovek barů. Při jeho expanzi sice dochází k jistému  ohřátí díky Joule-Thompsonovu efektu, avšak při teplotách nižších než -10°C toto ohřátí není dostatečné a to může představovat potenciální problém pro provoz svazku. Cílem práce je navrhnout optimální technologické řešení obou problémů.

Diaryljodoniové soli jsou perspektivní oxidační a arylační činidla na bázi trojvazného jódu. Pro aplikaci se připravují tradičními metodami organické syntézy. Předmětem tohoto příspěvku je představení výsledků praktické přípravy a analýzy těchto látek za využití anodické oxidace. Laboratorně byla reprodukována elektrochemická příprava tolyl-fenyl jodoniového kationtu (Peacock, Pletcher, 2001) založená na elektrolýze toluenu a jodbenzenu v nevodném prostředí o složení kyselina octová/acetanhydrid/kyselina sírová na elektrodě ze skelného uhlíku. Pro potvrzení mechanismu byly naměřeny voltamogramy výchozích látek v elektrolytu za využití metod cyklické voltametrie. Kontrola přítomnosti produktu po provedení elektrolýzy byla provedena hmotnostní spektrometrií a nově vyvinutým titračním stanovením diaryliodoniových solí. Jako perspektivní metoda titračního stanovení se ukázala být zpětná potenciometrická jodometrická titrace askorbové kyseliny po redukci diaryljodoniové soli nadbytkem askorbové kyseliny. V závěru příspěvku budou diskutovány možnosti dalšího zkoumání této metody přípravy diaryljodoniových solí a optimalizace tiračního stanovení.  

Elektrolyzér vody s polymerní membránou je progresivní technologií pro výrobu H₂ v rámci vodíkové ekonomiky. Vyniká především svojí kompaktností a vysokými proudovými hustotami, naproti tomu nevýhodou je vyšší cena. Cela se skládá z kation-selektivní membrány, anody s IrO₂ katalyzátorem a katody s Pt katalyzátorem na uhlíkovém nosiči. Ohmický odpor cely je klíčovým parametrem pro výkon elektrolyzéru. Odpor je ovlivněn zejména kontaktem elektrod s membránou, což souvisí s kompresí komponent v cele. Cílem této práce je ověřit vliv momentu stlačení cely na výkon elektrolyzéru. K charakterizaci byla využita elektrochemická impedanční spektroskopie a měření polarizačních křivek.  

Alkalická elektrolýza vody (AWE) představuje jednu z technologií uvažovanou pro konverzi a uskladnění elektrické energie. Vlastní elektrochemické reakce vývoje vodíku a kyslíku probíhají na elektrodách, které tak tvoří klíčovou součást alkalického elektrolyzéru, rozhodující o účinnosti celého procesu. V průmyslové AWE jsou často využívány ploché Ni elektrody. Využití 3D elektrody přináší výhodu většího měrného povrchu, a tedy navýšení počtu aktivních center. Tato změna vede v konečném důsledku ke zlepšení charakteristik AWE. K zapojení většího povrchu je také nutné zajistit dostatečný iontový kontakt v objemu porézní elektrody. Toho může být dosaženo zvolením vhodných pracovních podmínek AWE. Cílem této práce je charakterizace elektrochemických vlastností porézní Ni elektrody pro AWE za různých koncentrací roztoku KOH a teplot. Za tímto účelem byla studována kinetika reakce vývoje kyslíku a vodíku pomocí metod elektrochemické impedanční spektroskopie a provedením Tafelovy analýzy polarizačních křivek. Vedlejší cíl představuje ověření možnosti navýšení elektrochemických vlastností Ni pěny pomocí jednoduché předúpravy. Na základě získaných výsledků však pozitivní vliv zvolených možností předúpravy Ni porézní elektrody nebyl prokázán.

V současné době membránové separační procesy nachází široké uplatnění v řadě průmyslových aplikací (zpracování vod, petrochemický průmysl, potravinářský průmysl, separace plynů). S vývojem nových materiálů dochází k jejich dalšímu rozvoji. Jednou z významně rozvíjejících se aplikací je membránová separace plynů. V současné době kromě separace vodíku, kyslíku a dusíku je pozornost zaměřena i na separaci CO₂. Jednou z takovýchto aplikací, na kterou je zaměřena i tato práce, je zpracování bioplynu na biomethan, který lze následně použít jak pro výrobu energie, tak i v chemickém průmyslu.  Předkládaná práce se zabývá přípravou a charakterizací polymerních membrán na bázi 6FDA-DAM, Matrimidu, PSU a Ultemu. Uvedené membrány byly připraveny metodou lití z roztoků obsahujících 4 - 8 hm. % daného polymeru v N-methyl pyrrolidonu. Charakterizace připravených membrán byla prováděna pomocí permeačních měření v binární směsi CO₂/CH₄ na aparatuře s plynovým chromatografem, vybaveným plamenově ionizačním detektorem a metanizérem.  

V PEM palivových článcích se standartně užívá platinových katalyzátorů. V zájmu zavedení této technologie je nezbytné snížit navážky Pt při zachování výkonových parametrů a životnosti. Jednou z možností, jak dosáhnout zvoleného cíle, je nahradit část Pt v katalyzátoru jiným kovem. Jako slibný kandidát se jeví slitina Pt - Ce, která sice vykazuje vysokou aktivitu, avšak velice rychle degraduje. Byly testovány čistě platinové katalyzátory a katalyzátory na bázi slitiny Pt-Ce v laboratorním kyslíkovo-vodíkovém článku. U obou testovaných katalyzátorů byly naměřeny zátěžové křivky, elektrochemická impedanční spektra a jejich změny v čase.  Dále byla sledována změna velikosti katalitických částic a míra jejich shlukování do větších klastrů.  

Hypervalentní sloučeniny jodu jsou specifická oxidační činidla využívána v řadě oxidačních reakcí, kde se využívají jako netoxické analogy k oxidačním činidlům obsahujících atomy těžkých kovů (Cr, Mo, W). Mezi typické reakce patří například oxidace vicinálních alkoholů na α‑hydroxyketony nebo na diketony v závislosti na teplotě. Neustále rostoucí poptávka po těchto sloučeninách ovlivňuje i výzkum bezpečnějšího způsobu výroby, neboť dosavadní výrobní postup vyžaduje manipulaci s nebezpečnými, toxickými a nákladnými látkami. Slibnou alternativou, která je bezpečná i levná, se na základě předchozího výzkumu zdá být elektrochemická syntéza. Pomocí elektrolýzy při konstantním potenciálu jsme byli schopni připravit hypervalentní sloučeniny jodu a následně tento preparativní proces i zoptimalizovat z hlediska složení elektrolytu. Ve snaze vytvořit technologii celého výrobního postupu však vyvstala řada problémů, jež je potřeba postupně řešit. Jmenovitě bych rád zmínil obtížnou separaci produktů elektrolýzy, či transport substrátu z anodového do katodového prostoru přes kation selektivní membránu vedoucí k poklesu výtěžku produktu. Cílem této práce je omezení tohoto děje a optimalizace metody procesu separace produktu z roztoku po elektrolýze.  

Methanizace nebo také Sabatierova reakce je katalytická hydrogenace oxidů uhlíku (CO a CO₂), která nalézá uplatnění v širokém spektru oborů, ve kterých je například potřeba eliminovat stopová množství CO_x, nebo konvertovat jejich přebytek na uhlovodíky. V dnešní době je výzkum methanizace zaměřen také na řešení problémů spojených s globálním oteplováním a efektivnějším využíváním surovin. Výzkum katalyzátorů pro methanizaci CO₂ se především soustředí na studium jeho aktivní (kovové) složky, ale také na strukturu jeho nosiče. Bylo zjištěno, že nejsilnější katalytický vliv na tuto reakci mají kovy skupiny VIIIB a to v následujícím pořadí: Ru > Fe > Ni > Co > Rh > Pd > Pt > Ir. Nejčastěji používanými nosiči jsou alumina nebo zeolitické matrice. Tato práce se zabývá katalytickými testy na souboru zeolitických katalyzátorů s cílem porovnat jejich aktivitu s nejčastěji používaným typem katalyzátoru - Ni-zeolit. Byla sestavena methanizační aparatura a odladěn plynový chromatograf pro analýzu produktů a reaktantů. Pro srovnání byl připraven kontrolní vzorek Ni-ZSM-5 a dále pak série katalyzátorů na různých typech zeolitů (Ferierit, ZSM-5, MCM-22). V rámci práce byl také zkoumán vliv aktivního kovu (Fe, Ni, Mo).  

Přeměna alkenů na diazidy následovaná redukcí představuje elegantní způsob syntézy vicinálních diaminů, jež jsou častým strukturním motivem řady biologicky a farmaceuticky aktivních látek. Zavedené chemické postupy diazidace alkenů využívají stechiometrického množství činidel obsahujících atomy těžkých kovů či nestabilních, toxických látek. Nedávno byla představena robustní metoda diazidace [1] využívající nepřímé anodické oxidace alkenu v roztoku acetonitrilu v přítomnosti azidu v neděleném elektrolyzéru. Její nevýhodou je využití katalytického množství manganatých iontů, které představují mediátor. V první fázi výzkumu byly studovány jednotlivé kroky tohoto procesu pomocí cyklické voltametrie. Při pokusu o zreprodukování tohoto postupu diazidace se ukázalo, že v průběhu elektrolýzy dochází k depozici pasivující vrstvy na povrchu protielektrody, která vede k výraznému poklesu proudu. V dalším kroku byl proto navržen alternativní způsob diazidace založený na anodické oxidaci derivátu jodbenzenu na vhodné pracovní elektrodě. Efektivita obou diazidačních postupů bude dále ověřena a porovnána pomocí potenciostatické vsádkové elektrolýzy.  [1] Sharma, A.; Hartwig, J. Metal-catalysed azidation of tertiary C–H bonds suitable for late-stage functionalization. Nature 2015, 517, 600–604.  

Aplikace technologie palivových článků v dopravě otevírá zcela nové otázky, které jsou u komerčních technologií takřka opomíjeny. Jednou z takovýchto oblastí je problematika studených startů, tj. startování vozidel za teplot pod bodem mrazu. V tomto případě je nutno rozlišovat krátkodobou a dlouhodobou odstávku vozidla, na základě čehož rozlišujeme metody studených startů. Podobně diferencujeme osobní a nákladní vozidla. U osobních vozů je preferovanější rychlost startu ve srovnání s těžkou technikou, kde dbáme na šetrnost postupu. Bod tuhnutí vody vázané ve struktuře membrány se pohybuje v rozmezí -10 °C až -48 °C v závislosti na podmínkách. Překročením saturačního limitu, který je 15 molekul vody na 1 sulfonovou skupinu dochází k tvorbě krystalů. Tomuto jevu lze zabránit snížením poměru molekul vody na jednu sulfonovou skupinu pod číslo 5. Při tvorbě krystalů ledu může dojít k poškození membrány, zejména jejímu proděravění, případně k delaminaci jednotlivých vrstev MEA, což vede k podstatnému snížení výkonu a zkrácení její životnosti. Cílem této práce je porovnání vlivu nízkých teplot na MEA s obsahem vody nad a pod saturačním limitem. Na základě těchto poznatků mohou být zvoleny optimální podmínky skladování MEA při nízkých teplotách a jejich uvedení do provozu.  

V průmyslu v ČR i ve světě vzniká velké množství odpadních vod s obsahem síranových iontů a iontů železa. Možným postupem pro odstranění železa z těchto roztoků je oxidace železnatých iontů na železité a jejich následná precipitace ve formě pevné fáze (hydroxidy, oxidy a oxidy-hydroxidy železnatých a železitých iontů v různém poměru). V práci se sleduje oxidace roztoku síranu železnatého vzduchem v izotermním vsádkovém, intenzivně míchaném reaktoru. V průběhu experimentu jsou odebírány vzorky, ve kterých se stanovuje koncentrace železnatých iontů fotometricky, s využitím fenantrolinu. Práce spočívá v pozorování chování popsaného reakčního systému při různém pH.  

Cieľom procesu stripovania kyslých vôd je zbavenie týchto vôd sírovodíka a čpavku ako aj dodržanie limitnej hodnoty obsahu čpavku vo vystripovanej vode. Prekročenie spomínanej hodnoty spôsobuje narušenie technologického režimu na biologickom stupni čističky odpadových vôd. Ako hlavné príčiny vzniku rizikovej situácie boli identifikované nepostačujúce vykúrenie kolóny a neštandardná kvalita suroviny. Pri analýze dát boli k  vzorkám s prekročeným limitom obsahu čpavku vo vystripovanej vode, hľadané príčiny pozorovaním režimu na prevádzkach produkujúcich a spracúvajúcich kyslé vody. Ako častá príčina nedostatočného vykúrenia kolóny bol určený nestály tlak pary. Z dôvodu hľadania príčiny neštandardnej suroviny bola vytvorená mapa kyslých vôd. Materiálová bilancia poukázala na pravdepodobné problematické kontinuálne procesy. Ďalšou príčinou môžu byť diskontinuálne procesy, na ktoré vplýva ľudský faktor. Výkyvom v parnej sieti možno pripísať 5% nevyhovujúcich vzoriek, preto sa upriamila pozornosť na riešenie problému neštandardnej kvality suroviny. Jedným z riešení by bolo efektívnejšie prečistenie suroviny pred vstupom do kolóny ako aj odstavenie problematických prúdov, čistenie zariadení počas odstávok, vybudovanie zbernej nádrže na kyslé vody, zlepšenie kooperácie medzi prevádzkami.

V súčasnej dobe sú primárnym zdrojom energie fosílne palivá. V dôsledku ich postupného vyčerpávania je snaha o hľadanie alternatív. Riešením je koncept vodíkovej ekonomiky s vodíkom ako ekologicky nosičom energie. Používanie vodíka nespôsobuje produkciu skleníkových plynov a predstavuje riešenie dekarbonizácie priemyselných procesov, kde je nutné znižovanie emisií CO₂. Alkalická elektrolýza je jeden zo spôsobov výroby vodíka, ktorá je zahrnutá v koncepte vodíkovej ekonomiky. Na urýchlenie kinetiky deja a zníženie energetických nákladov procesu sa využívajú katalyzátory. Cieľom práce bola príprava a optimalizácia podmienok prípravy trojzložkových katalyzátora na báze niklu elektrodepozícou a štúdium katalytických vlastností pripravených katalyzátorov, ktoré sa testovali v zero-gap elektrolyzéri pre alkalickú elektrolýzu vody a morfológia vzoriek bola skúmaná pomocou SEM. Optimalizovali sa parametre elektrodepozície: prúdová hustota, rýchlosť miešania elektrolytu a anóda.  

PEM palivové články jsou slibnou technologií následujících let. Jejich vstupu do každodenního života běžného člověka brání zejména vysoká cena. Ta je zapříčiněna použitím sofistikovaných komponent, které jsou vyráběny složitými procesy. Jednou z komponent, které značně zvyšují cenu je těsnění, kterému se věnuje předložená práce. Těsnění má zásadní vliv na provozní bezpečnost, účinnost a životnost svazku. Vodík s kyslíkem tvoří hořlavou směs v širokém rozsahu koncentrací. Z tohoto důvodu je nutné, aby nedocházelo k únikům vodíku do okolí. Uniklý vodík již není možné využít a představuje tak ztrátu paliva. Vzhledem k působení redukčního a oxidačního média v kyselém prostředí s přítomností katalyzátoru může docházet ke zvýšené degradaci těsnění, které tak přestane plnit svojí funkci, v tom okamžiku přestává být bezpečné svazek provozovat a je nutné jej buď opravit, nebo vyměnit. S využitím 3D tisku se dají tisknout flexibilní materiály levně a strojově. Hlavní výhodou 3D tisku je minimalizace ztrát materiálu a značná variabilita vyráběných těsnění z hlediska tloušťky vrstev, teplot tisku a stupně plnění. Další možnou alternativou je plnění forem prekurzory těsnících past, které je však omezené tvarovými možnostmi forem.

S neustále zvyšující se spotřebou ropy je nutnost její těžbu provádět stále na hůře dostupných místech (např. mořská a oceánská dna). K těžbě ropy se používá jev „nadnášení parafínu“, který je značně zkomplikován na místech o nízkých teplotách, jelikož zde může docházet k ucpávání potrubí voskovými usazeninami. Jedním z nejčastěji používaných řešení tohoto problému jsou reakce, při kterých dochází ke generování plynu in-situ za současného vývoje tepla. Do této kategorie je možné zařadit reakci mezi dusitanem sodným a chloridem nebo dusičnanem amonným. Tyto reakce jsou vysoce exotermní a generuje se velké množství plynného dusíku. Za určitých podmínek mohou v reakčním systému probíhat vedlejší reakce, které vedou ke vzniku NO a NO₂. Cílem práce bylo určení optimálních provozních podmínek reakce, aby převážně probíhala s vysokým výtěžkem reakce mezi dusitanem sodným a chloridem amonným a minimalizovala se vedlejší reakce produkující NO_x.

Nanostrukturní sloučeniny titanátů nebo oxidu titaničitého připravované z částic TiO₂ v prostředí NaOH našly své uplatnění pro své unikátní strukturní vlastnosti např. v oblasti katalýzy. Mechanismus jejich tvorby je založen na oddělování nanoplátů titanátů z původních částic oxidu titaničitého vlivem vysoce koncentrovaného hydroxidu sodného a jejich následné přeměně, tzv. rolováním do formy nanotrubic či nanotyčí. Tato práce se zabývá syntézou nanostrukturních sloučenin titanu pomocí hydrotermální metody. První částí přípravy nanotrubic TiO₂ byla optimalizace syntézy, proto byl studován vliv několika parametrů, které mají zásadní vliv pro přípravu těchto nanostruktruních sloučenin, tj. koncentrace hydroxidu sodného, teplota reakce a předmíchání směsi TiO₂ s roztokem NaOH před samotnou hydrotermální syntézou. Ověření morfologie částic bylo provedeno pomocí elektronové mikroskopie, prvkové a krystalografické složení bylo analyzováno pomocí XRF a XRD.  U vybraných vzorků byla stanovena tepelná stabilita metodou TG/DTA a velikost specifického povrchu metodou BET (N₂). Velikost připravovaných částic byla změřena metodou laserové difrakce.  

Palivové články typu PEM sú v dnešnej dobe považované za neoddeliteľnú súčasť energetickej budúcnosti. Jedným z problémov sprevádzajúcich ich vývoj je  katalýza. Katalyzátor umožňuje rozpad vodíka na protóny a elektróny a ich nasledujúce reakcie s kyslíkom za vzniku vody. Membránový elektrolyt je pre protóny priepustný, pre elektróny tvorí bariéru. Elektróny sú nútené putovať na anódovú stranu skrz vonkajší obvod, kde sa ich tok prejavuje ako elektrický prúd. Elektródové reakcie vyžadujú kovy s vysokou aktivitou. Ako jediný vyhovujúci katalytický kov sa javí čistá platina. Jej vysoká cena a nízke surovinové rezervy majú za príčinu potrebu hľadania schodnejších alternatív. Nádej riešeniu problému dávajú zliatinové katalyzátory. Testované boli štyri typy katalyzátorov: katalyzátor z čistej platiny s obsahom 40% Pt nanesený metódou CCM na obe strany, katalyzátor zo zliatiny platiny a kobaltu s pomerom Pt:Co 3:1 nanesený metódou CCM na obe strany a katalyzátor zo zliatiny platiny a céru so 100 µg a 150 µg platiny nanesený metódou magnetrónového naprašovania na anódovú stranu s katódovou stranou opatrenou katalyzátorom z čistej platiny s obsahom 40% Pt. Katalyzátory boli charakterizované z hľadiska chovania pri dlhodobej prevádzke, výkonových maxím a vplyvov zmien štruktúry.

Při farmaceutické výrobě dochází často k nutnosti použít oxidační/redukční činidla, která mohou být toxická, či jinak nebezpečná. Se stále rostoucím tlakem na čistotu produktu, finanční přijatelnost tovární produkce a bezpečné a ekologické zpracování reakčního odpadu, dochází k potřebě hledat alternativní cesty pro syntézu, které uspokojí všechny požadavky. Jednou z možností je elektrochemická oxidace/redukce, při které odpadá práce s činidly a následné zpracování zbytků, neboť dochází k přenosu elektronů přímo mezi elektrodou a látkou v roztoku. Ve své práci jsem se zabýval elektrochemickou redukcí látek ze skupiny acetofenonů a 2-bromacetofenonů v bezvodém protickém prostředí NaClO₄ v methanolu na borem dopované diamantové elektrodě. Experimenty byly provedeny v tříelektrodovém uspořádání. V první fázi byl za pomoci cyklické voltametrie zkoumán efekt přídavku H₂SO₄ do roztoku elektrolytu před přidáním a po přidání aktivní látky. Porovnání voltamogramů jasně ukázalo, že protonace karbonylové skupiny má výrazný vliv na potenciál, při kterém dochází k redukci látky. Získané informace budou dále použity k výběru potenciálů pro provedení potenciostatických vsádkových elektrolýz s cílem charakterizovat vznikající produkty.

Výroba elektrické energie z jaderných zdrojů s sebou nese i nutnost ukládání vyhořelého jaderného paliva. Nejbezpečnějším a nejekonomičtějším způsobem je jeho uskladnění v hlubinném úložišti radioaktivního odpadu. Odpad bude uložen v kovových kontejnerech obklopených bentonitem a okolní horninou. V této práci je zkoumána odolnost potenciálního materiálu kontejneru (korozivzdorná ocel AISI 316L, EN 1.4404) v předpokládaném prostředí hlubinného úložiště vůči bodové korozi. Nejvýznamnějšími iniciátory koroze jsou v tomto prostředí mikroorganismy, které produkují agresivní látky zejména thiosírany. Tato práce zkoumá odolnost materiálu proti bodové korozi v prostředí simulujícím vliv mikroorganismů metodou potenciodynamických křivek (PTDA), zjištěním korozní rychlosti metodou hmotnostního úbytku a vizuální kontrolou povrchu pomocí stereomikroskopu. Měření PTDA potvrdilo, že ocel AISI 316L je poměrně dobře odolná proti bodové korozi v předpokládaných podmínkách hlubinného úložiště. Zkouška korozní rychlosti metodou hmotnostního úbytku prokázala nízké korozní rychlosti. Vizuální zkouška odhalila iniciaci bodové koroze pouze na nejvyšší testované teplotě 50°C.

Byly zkoumány slitiny hliníku s prvky z hlubokomořských konkrecí. Nejprve byla provedena aluminotermická redukce hlubokomořských konkrecí pro přípravu manganové slitiny.  Poté byly práškovou metalurgií (mechanickým legováním a slinováním v plazmatu) připraveny slitiny hliníku s 2 hm. %, 6 hm. %, 10 hm. % a 20 hm. % konkrecí. Pro homogenizaci struktury byly kompaktní vzorky podrobeny tepelnému zpracování po dobu 1 h, 3 h a 5 h při 600 °C. Dostatečná homogenizace struktury byla pozorována na optickém mikroskopu po pěti hodinách u všech slitin kromě slitiny s 20 hm. % konkrecí. Zároveň u všech vzorků byla po každém žíhání měřena tvrdost se zatížením HV 5 a byla tak získána závislost tvrdosti na čase žíhání. Dále byly posuzovány tribologické vlastnosti a bylo zjištěno, že se nejedná o otěruvzdorné materiály, neboť byly naměřeny vyšší hodnoty míry opotřebení. S rostoucím množstvím konkrecí stoupala tvrdost i otěruvzdornost materiálu.  

Zinek je v současné době pro svou biokompatibilitu a vhodnou míru korozní rychlosti uvažován pro výrobu biodegradovatelných materiálů. Jeho mechanické vlastnosti však pro aplikace v lidském těle nejsou dostačující. Tyto nedostatky lze upravit jeho vhodným legováním a/nebo použitím různých technologií zpracování. V této práci bylo připraveno 5 vzorků slitiny Zn-0,8Mg-0,2Sr (hm. %) práškovou metalurgií. Byla pozorována jejich mikrostruktura a mechanické vlastnosti v závislosti na různých podmínkách jejich přípravy (teplota, působící síla a čas). Mikrostruktura zkoumaných vzorků i vstupního prášku byla velmi jemnozrnná. Po zpracování výchozího prášku sintrací v plazmatu lze pozorovat přeměnu fáze MgZn₂ ve stabilní fázi Mg₂Zn₁₁. Různé podmínky sintrace v plazmatu jako tlak nebo teplota procesu mírně ovlivňují mechanické vlastnosti připravených materiálů. Vzorek 300C-10min-25kN vykazoval ze všech studovaných materiálů nejlepší mechanické vlastnosti.  

Tématem práce bylo restaurování a konzervace železné truhlice z první poloviny 17. století z majetku Uměleckoprůmyslového muzea v Praze. Uvedenému období odpovídá tvarem i mechanismem, jak vyplynulo z rešerše o vývoji truhlového nábytku a zámkových mechanismů od starověku do baroka. Je vyrobena z desek a pásů železného plechu. Ke spodní straně víka je přišroubována zámková deska s německým typem zámku, který však nebyl plně funkční. Během restaurátorského zásahu byl mechanismus zprovozněn a k zámku byl vyroben chybějící klíč. Z běžných bezpečnostních truhel té doby se restaurovaná truhla vymyká poměrně luxusní zlacenou a malovanou výzdobou, která se dochovala jen částečně a byla přemalována. Při restaurátorském zásahu byl nepůvodní nátěr odstraněn, truhla byla očištěna od prachu, mastnoty a nesoudržných korozních produktů. Vnitřek truhly byl ošetřen tanátem, zámkový mechanismus byl ošetřen mikrokrystalickým voskem a netuhnoucí vazelínou, vnější pohledové strany byly konzervovány směsí včelího a karnaubského vosku. Doporučený režim byl stanoven pro uchování předmětu v depozitáři, i jeho vystavování v expozici muzea.

Slitiny na bázi zinku se dostávají v posledních letech do popředí díky přijatelné korozní rychlosti v lidském těle. Zinečnaté ionty mají antibakteriální a osteogenní účinky, kterých se při biodegradaci využívá. Zinek má nízkou pevnost, a proto se uvažují především jeho slitiny. Slitiny obsahující jako hlavní legující prvek Li vykazují vysokou pevnost blížící se pevnosti korozivzdorných ocelí. V rámci této práce jsou studovány slitiny Zn-Li-Mn, přičemž Li je přidáváno s cílem zvýšit mez pevnosti a mez kluzu materiálu a Mn z důvodu zvýšení tažnosti. Připravované slitiny se jeví jako velmi perspektivní pro aplikace v oblasti kovových bioabsorbovatelných materiálů.

Aplikace organického povlaku je velmi častým způsobem protikorozní ochrany kovových materiálů v prostředí atmosféry. Povlaky tvoří bariéru mezi kovem a korozivním prostředím, zabraňují vzniku vrstvy elektrolytu na povrchu kovu a eliminují přístup vody, kyslíku a agresivních iontů ke kovu. V atmosféře dochází časem ke stárnutí povlaku, tj. zhoršení ochranných vlastností vlivem působení zejména UV záření, vlhkosti, proměnlivé teploty prostředí a chemických škodlivin např. chloridů. V této práci se zabývám studiem degradace vzorků organických povlaků vlivem faktorů, které poškozují povlak při expozici v atmosféře. Vystavení vzorku atmosférickým podmínkám bylo simulováno zrychlenými zkouškami stárnutí v testovacích komorách, které trvaly přesně jeden měsíc. Stav a ochranné vlastnosti jednotlivých vzorků po zrychleném stárnutí byly popsány a hodnoceny pomocí měření propustnosti povlaků miskovou metodou a pomocí elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS).  

Restaurování jataganu: Práce se zabývá částečným restaurováním a konzervací jataganu z 19. století a jeho dochované pochvy. Dotýká se historie vývoje jataganů v Osmanské říši. V práci je popsán postup konzervace jednotlivých materiálů, ze kterých jsou části jataganu a jeho pochvy vyrobeny. Všechny části předmětu a jejich konkrétní poškození jsou zde podrobně rozebrány. Druhá část práce se zabývá podrobně postupem konzervování předmětu, a jak se postupovalo mechanickou cestou při čištění jednotlivých částí. Pokračuje vysvětlením opravy mechanického poškození a následného zakonzervování všech částí předmětu. Na závěr doporučuje podmínky uložení předmětu, a jak by mělo být s předmětem v expozici či v depozitáři zacházeno.

Tato procesní (pohřební) lucerna je jednou z páru a byla vyrobena mezi 2. polovinou 19. století  a před 20. léty 20. století. Má tvar kónického šestibokého hranolu, sestávající z částí,  jež jsou vyrobeny z ocelového cínovaného plechu. Na lucerně jsou dále ozdoby a křížek lité  ze zinkové slitiny; všechny kovové prvky jsou spojeny pájením naměkko a to cínovo-olověnou  pájkou. Lucerna je pak kryta 3 modrými a 3 bezbarvými, hvězdami zdobenými skly. Při restaurování došlo k zajištění rozpadajících se ozdob a nahrazení jejich chybějících  fragmentů asmitem (olověnou kompozicí). Dále byla obnovena funkčnost lucerny,  a to tím, že byl zrekonstruován kouřovod a dvířka, také byla doplněna dvě rozbitá skla.  Předmět byl na závěr zakonzervován použitím alkydového nátěru s bariérovým účinkem a ozdoby  a křížek byly navíc natřeny práškovým bronzem, čímž byla obnovena estetická stránka  lucerny.  

Tato práce je zaměřená na hledání vhodných podmínek tepelného zpracování 2 typů slitin hliníku, které byly připraveny aluminotermickou redukcí polymetalické hlubokomořské konkrece, smísením produktu s hliníkem, odlitím a extruzí za tepla. První druh slitiny obsahoval podstatně nižší množství příměsi konkrece než druhý typ slitiny, což mělo významný vliv na fázové složení, mikrotvrdost a chování při tepelném zpracování daných slitin. Tepelné zpracování zahrnovalo 3 kroky, a to rozpouštěcí žíhání, rychle ochlazení a umělé stárnutí. Podmínky tepelného zpracování byly voleny vždy podle předešlého pokusu a porovnávala se mikrotvrdost slitin před a po tepelném zpracování. Podle mikrotvrdosti právě i byly hodnoceny zvolené podmínky tepelného zpracování.  

Odolnost zinkových povlaků vůči korozi lze zlepšit využitím slitin zinku. Na tomto poli se nejlépe osvědčilo legování Al a Mg. V porovnání se zinkovým povlakem dochází na zmíněných slitinách ke vzniku kompaktnějších korozních produktů s menší rozpustností, která vede k lepší korozní odolnosti. Složení těchto korozních produktů silně závisí na okolním prostředí a době expozice. Tato bakalářská práce pojednává o přípravě zinkových povlaků a popisuje korozní děje, které na nich probíhají. Praktická část se věnuje přípravě korozních produktů slitin Zn-Al-Mg. Pro tento účel byly zvoleny pevné vzorky slitin ZnMg6 a ZnAl0,7. Největší pozornost byla kladena na rozbor složení a elektrochemických vlastností vzniklých korozních produktů. K tomuto účelu byla použita Mott-Schottkyho metoda, metoda XRD, SEM-EDS a katodoluminiscence.   

Povrch implantátu je ideálním místem k uchycení bakterií, na které tělo pacienta následně reaguje imunitní odezvou a vznikem zánětu. I přes nasazenou léčbu může mikrobiální infekce vést až k nutnosti reoperace nebo selhání implantátu. Včasná detekce bakteriální aktivity by mohla přispět ke snížení finančních nákladů a zároveň i k nižší zdravotní zátěži pacienta. Biologická aktivita mikrobů a vzniklý zánět v okolí implantátu je doprovázen změnou pH v okolní tkáni, která by se dala využít k včasné detekci infekce s využitím senzorů přítomných přímo na povrchu implantátu. Jednou z možných variant senzorů mohou být směsné oxidy titanu a molybdenu. V rámci práce byly zkoumány odezvy čistého molybdenu a β-slitiny titanu s 30 hm. % molybdenu. Elektrochemická odezva byla měřena od hodnoty pH 7,6 do 6,5 a zpět ve fyziologickém roztoku (9 g/l NaCl) s přídavkem 5,9 g organického pufru TES. Byla sledována závislost samovolného korozního potenciálu, polarizačního odporu a Mott-Schottkyho křivek na pH. V případě čistého molybdenu se nepodařilo dosáhnout stability povrchu. Naopak stabilní povrch β-slitiny titanu s molybdenem se na základě elektrochemické odezvy jeví jako perspektivní pro další výzkum.  

Předmětem této práce bylo restaurování a konzervování dveřního zámku, jenž je majetkem Městského muzea Lomnice nad Popelkou. Při průzkumu bylo zjištěno, že se jedná o zámek německého typu, slohově inspirovaný zámky barokními. Zámek byl přijat s druhotným nátěrem a korozním napadením podložního plechu a mechanických částí. Záměrem bylo zámek uvést do podoby umožňující expoziční účely a zároveň dbát na zachování jeho umělecko – historické hodnoty. Při restaurátorském zásahu byl odstraněn druhotný nátěr a některé korozní produkty, s ohledem na zachování původní povrchové úpravy brynýrováním. Následovala lokální pasivace zbylých korozních produktů pomocí lihového roztoku taninu a pasivace celého předmětu pomocí lihového roztoku dekananu sodného. Na závěr byl předmět zakonzervován pomocí mikrokrystalického vosku.    

Elektrochemický 3D tisk je relativně nová forma aditivní výroby, která vytváří kovové struktury elektrochemickou redukcí kovových iontů z roztoku na vodivý substrát. Výhodou této technologie je schopnost tisknout struktury z různých materiálů bez tepelných pnutí, bez použití ochranné atmosféry a laserové optiky. V této práci bude zkoumán vlyv parametrů 3D tisku na rychlost depozice a morfologii vzniklých struktur.

Tato práce popisuje vlastnosti slitiny připravené aluminotermickou redukcí hlubokomořských konkrecí, která byla následně zpracované rychlým tuhnutím metodou melt spinning. Pro práci byla využita slitina redukovaná s 20 % hm. přebytkem Al vůči stechiometrii. Při zpracování materiálu metodou melt spinning došlo ke změně chemického složení materiálu, a to konkrétně ke snížení obsahu Al a S, které lze vysvětlit částečnou oxidací během tavení v trysce při melt spinningu. V rychle ztuhlé slitině lze tedy zároveň pozorovat menší nárůst obsahu Cu a Fe. Pomocí rentgenové difrakce bylo změřeno fázové složení redukované slitiny a pásků vyrobených metodou melt spinning. Mikrostruktura materiálů byla pozorována pomocí světelné mikroskopie i pomocí skenovací a transmisní elektronové mikroskopie. Stabilita materiálu za zvýšených teplot byla studována pomocí termické analýzy a dále izotermickým žíhání v inertní atmosféře, aby nedocházelo k oxidaci vzorku.  

Práce pojednává o restaurování biskupské rakve vyrobené z litých zinko-olověných plechů s členitým figurálním i ornamentálním dekorem. Předmět byl vyroben pro biskupa Petra Františka Krejčího červenci roku 1870. Kromě drobných mechanických poškození došlo ke koroznímu poškození vlivem dekompozice organismu a vlivem atmosféry. Předmět byl opětovně zaplavován vodou a tím došlo k vyplavování polutantů vzniklých dekompozicí. Materiálový průzkum se zabýval analýzami kor. prod. a metalografií. Metalografický průzkum odhalil mezikrystalovou korozi cíno-olověné pájky a odlévaného zinko-olověného dekoru. Cílem restaurátorského zásahu bylo uvedení předmětu do stabilizovaného stavu a minimalizace vlivů podněcující degradaci materiálu s ohledem na přání vlastníka zachovat předmět co nejvíce původní. Zásah započal očištěním předmětu od prachových částic a zeminy tlakovou vodou, vyvíječem páry a silonovými kartáči. Následovalo mechanické odstraňování korozních produktů. Dále došlo ke slepení uvolněného pájeného spoje a laminování trhlin v dekoru pomocí dvousložkového epoxidu. Po tanátování ocelových částí byl povrch sjednocen ocelovou vatou. Konzervace byla v pohledových částech provedena voskem Revax30 s damarou v terpentýnu (3:2), v nepohledových částech a v dutinách injektáží vosku Revax30.  

Maraging ocele jsou typem vysokopevnostních ocelí s nízkým obsahem uhlíku, u kterých nedochází ke zpevnění pomocí karbidů jako u běžných ocelí, nýbrž jsou precipitačně zpevněny pomocí intermetalických sloučenin legujících prvků, které se v oceli nacházejí ve vyšším obsahu (Ni, Co, Mo). Tyto ocele jsou žádané pro jejich výborné mechanické vlastnosti jako vysoká tvrdost, dobrá svařitelnost, tažnost a nacházejí uplatnění např. v leteckém průmyslu. V této práci byly použity oceli připravené pomocí 3D tisku, metodou SPS a ocel, která byla přetavena a znovu tepelně zpracována, u kterých byl zkoumán vliv tepelného zpracování dvou rozdílných režimů na mikrostrukturu. Následně pomocí transmisního elektronového mikroskopu (TEM) byla zkoumána velikost precipitátů. Vyhodnocené velikosti precipitátů byly porovnány s naměřenými hodnotami mechanických vlastností.

Slitiny zinku jsou v poslední době uvažovány jako biologicky odbouratelné biomateriály z důvodu přijatelné biokompatibility a vhodného chování při degradaci. Předpokládané použití těchto materiálů je pro stenty nebo fixační zařízení. Takové materiály jsou postupně odbourávány a nahrazeny novou tkání. Cílem této práce bylo zkoumání slitin Zn-Ag a Zn-Mg-Ag připravených technikami práškové metalurgie zahrnující mechanické legování a sintraci v plazmatu (SPS). Hořčík byl vybrán jako legující prvek, protože zlepšuje mechanické vlastnosti a biokompatibilitu a stříbro má antibakteriální účinky. Byla zkoumána mikrostruktura a mechanické vlastnosti připravených materiálů. Výsledky ukázaly významný vliv podmínek mechanického legování na fázové složení připravených prášků. Následně byly úspěšně připraveny pomocí SPS materiály s nízkou pórovitostí a homogenní mikrostrukturou.   

Slitiny s vysokou entropií jsou novým typem slitin, jejichž výzkum započal v roce 2004. Spojením různých podmínek vznikla skupina slitin, které lze definovat jako vysoko-entropické. Mezi tyto podmínky např. patří složení slitiny z pěti a více prvků s obsahy v rozmezí 5 – 35 at. % a hodnota směšovací entropie vyšší jak 1,5 R. U tohoto typu slitin je z důvodu vysoké směšovací entropie upřednostněn vznik převážně tuhých roztoků narozdíl od intermetalických fází. Unikátní mechanické vlastnosti těchto slitin jsou způsobeny např. distorzí krystalové mřížky a koktejlovým efektem, kdy výsledné vlastnosti slitin nejsou pouhým poměrovým součtem vlastností jednotlivých prvků. Mezi tyto vlastnosti patří např. vysoká tvrdost nebo pevnost při zachování dobré plasticity. Vlastnosti těchto slitin je možné modifikovat pomocí tepelného zpracování, kdy jsme schopni docílit precipitace nových fází. Cílem této práce bylo připravit slitiny CoCrFeNiAl_x (x = 10 – 30 at.%) pomocí mechanického legování a slinování v plazmatu. V závislosti na měnícím se množství hliníku ve slitině byla pozorována změna mikrostruktury, chemického a fázového složení. Poté byla provedena optimalizace tepelného zpracování. Cílem tepelného zpracování bylo zlepšit mechanické vlastnosti vůči vlastnostem před tepelným zpracováním.

Slitiny s vysokou entropií jsou novým typem materiálů, které díky své neobyčejné struktuře dosahují výjimečných vlastností, jakými jsou vysoká tvrdost a pevnost nebo odolnost proti zvýšeným teplotám. Tyto vlastnosti lze dále upravovat tvorbou kompozitů. Metodou mechanického legování byly připraveny práškové slitiny CoCrFeNiMn a CoCrFeNiAl₁₀, ze kterých byla připravena kompozitní slitina s rozdílnou dobou její homogenizace. Kompozitní směsi byly dále zkompaktizovány metodou slinování v plazmatu. Mikrostruktura a vlastnosti vzniklých kompaktních vzorků byly studovány s cílem porovnat vliv podmínek vzájemné homogenizace výchozích slitin při tvorbě kompozitního materiálu.

Slitiny s vysokou entropií jsou převážně ekviatomární sloučeniny, které se většinou skládají z 5 a více prvků, tvořící tuhé roztoky. Slitiny s vysokou entropií dosahují obvykle velmi vysokých pevností, které si v některých případech zachovávají i za zvýšených teplot, jedná se tedy o žárupevné materiály. Z dostupné literatury je zřejmé, že nejvyšší pevnosti při laboratorních teplotách vykazují slitiny připravené práškovou metalurgií. Slitiny MoNbTaVW ovšem při vysokých teplotách zcela selhávají z důvodu vzniku oxidických produktů nechránící materiál. Ve snaze o zvýšení žáruvzdornosti a plasticity byla provedena ve slitině MoNbTaVW substituce wolframu hliníkem za vzniku slitin MoNbTaVAl, MoNbTaVAl10W10 a MoNbTaVW. Substituce wolframu pomocí hliníku byla zvolena z důvodu snížení koncentrace valenční elektronů (VEC < 4,5), která u těchto slitin může vést k podstatnému nárůstu plasticity, snížení hustoty materiálu a v neposlední řadě ke zvýšení odolnosti proti oxidaci vlivem tvorby ochranné vrstvy oxidů Al. Byl zjištěn optimální čas mechanického legování připravovaných slitin. Dále byla vyhodnocena jejich mikrostruktura a jejich odolnost proti oxidaci v rámci vystavení teplotě 800 °C.

Medicína spolu s materiálovým inženýrstvím jsou vědní obory, ve kterých nestále probíhá intenzivní vývoj. Práce je zaměřená na porovnání mechanických vlastností slitiny CoCrMo s různým obsahem uhlíku využívané okrajově pro biomateriálovou instrumentaci, především ale v kloubních náhradách. Jedna z důležitých vlastností endoprotézy je její otěruvzdornost. Jejím zlepšením může dojít k prodloužení životnosti implantátu. Tribologické vlastnosti byly vylepšovány ve slitině připravené práškovou metalurgií. Slitina byla připravena mechanickým legováním z čistých kovů a následně slinuta v plazmatu. Tento proces umožňuje dosáhnout vysoké chemické čistoty slitiny.V dnešní době se běžně do slitiny CoCrMo přidává 0,25 hm. % uhlíku. Cílem práce bylo zjistit, zda jiný obsah uhlíku ve slitině vykazuje lepší tribologické vlastnosti. Byly připraveny tři materiály s různým obsahem uhlíku. Naměřené hodnoty mikrotvrdosti pro jednotlivé materiály byly velmi blízké, z čehož lze usuzovat podobnost i ostatních mechanických vlastností. Potvrdilo se také, že nekonvenčním výrobním postupem lze dosáhnout vysoké tvrdosti materiálu. Tribologické testy ukázaly, že aktuálně používané množství uhlíku ve slitině je nejlepší možné, neboť slitiny s vyšším i nižším obsahem uhlíku vykazují větší povrchové opotřebení.

Titan je velice využívaným materiálem pro jeho příznivý poměr mezi pevností, hustotou a odolností vůči korozi v důsledku tvorby pasivní vrstvy ve formě oxidů. Za zvýšených teplot ovšem vznikají méně stabilní  oxidy a je potřeba titan chránit jiným způsobem. Tato práce se zabývá přípravou a charakterizací intermetalických povlaků na bázi Ti-Al, které vynikají právě korozní odolností za zvýšených teplot a svými mechanickými vlastnostmi v kombinaci s nízkou hustotou. K přípravě těchto intermetalik bylo využito mechanické legování, následné nanesení prášku na substrát a slinování v plazmatu. Vzorky byly poté charakterizovány metalografickými metodami v příčném řezu. Tato metoda umožňuje připravit inovativní povlaky, které nelze připravit běžnými metodami povlakování – povlak je velmi dobře spojen s podkladovým titanem, je jemnozrnný a bez pórů.  

Slitiny s vysokou entropií se vyznačují specifickou strukturou, tvořenou víceprvkovými tuhými roztoky, díky které mají tyto slitiny velmi dobré mechanické vlastnosti. Slitina CoCrFeNiMn patří mezi intenzivně studované materiály, u kterých je obecně možné dosahovat, v závislosti na zvolené metodě přípravy, poměrně širokého rozsahu mechanických vlastností při zachování dostatečné plasticity. Dalšího zvýšení mechanických vlastností je možné dosáhnout například vyztužením tvrdými částicemi, jako jsou karbidy. Metodami práškové metalurgie byla připravena slitina CoCrFeNiMn s vysokou entropií, ve které byly následně in-situ připraveny karbidy ze tří různých prekurzorů – mechanicky obrobeného grafitu, globulárního grafenu a destičkového grafenu. U připravených slitin bylo popsáno fázové složení a byla pozorována jejich mikrostruktura. Dále bylo provedeno srovnání jejich mechanických a tribologických vlastností. Na základě získaných dat byla určena forma uhlíku, která poskytuje nejlepší vyztužující efekt.

Práce popisuje restaurátorský zásah na novobarokním relikviáři ve tvaru sluncové monstrance, což je ozdobná prosklená schránka na noze, která slouží k ukazování a k uchovávání svatých ostatků. Na noze je ze spodní strany uzavíratelných dvířek rytý nápis, uvnitř nohy listina a za zasklenou schránkou se nachází pečeť pražského arcibiskupa. Většina částí předmětu je vyrobena z mědi, povrch je stříbřený a zlacený, několik částí je mosazných a železných. Další zastoupené materiály jsou sklo a textil. V původním stavu předmět vykazoval znečištění, korozní napadení a mechanické poškození. Při restaurátorském zásahu došlo k odstranění většiny korozních produktů při zachování povrchových úprav stříbření a zlacení, vyrovnání deformací v maximální možné míře a případně doplnění chybějících částí.  U listiny, relikvie a pečetě nedošlo k žádnému zásahu, ponechaly se v původním stavu, nebyli výrazně poškozeny ani znehodnoceny.  

Hlubokomořské konkrece jsou polymetalické rudy s vysokým obsahem manganu, křemíku, železa, mědi a niklu. Práce se zabývá slitinami hliníku s aluminotermicky zredukovanými konkrecemi v různých poměrech. Slitiny byly atmostericky odlity a následně byla analyzována mikrostruktura a mikrotvrdost jednotlivých fází. Následuje zpracování slitin metodou melt spinning.

Práce se zábývá hořčíkovými slitinami MgZrCa. Celkem bylo studováno 5 slitin tohoto typu s různými obsahy legujících prvků. Dále byl připraven vzorek Mg, který v této práci slouží jako srovnávací. Na všech zmíněných vzorcích byla studována mikrostruktura a chemické složení. Z mechanických zkoušek byla pro tuto práci vybrána zkouška jednoosým tlakem a zkouška tvrdosti. 

Korundová keramika je bioinertní, tvrdá, pevná a otěruvzdorná, zatímco hydroxyapatit, resp. fosforečnan vápenatý (TCP), je bioaktivní a je svým složením blízko kostnímu minerálu, který tvoří společně s kolagenem hlavní část pevné kostní tkáně. Kompozitní keramika na bázi korundu s přídavkem hydroxyapatitu kombinuje do jisté míry vlastnosti všech přítomných fází. Korund zlepšuje mechanické vlastnosti hydroxyapatitu, resp. TCP, zatímco poslední zmíněné napomáhají tvorbě pevné vazby implantátu s kostí. Předkládaná práce se zabývá přípravou kompozitu na bázi korundu (A) a hydroxyapatitu (HAP). Byly připraveny tři lisovací směsi v hmotnostních poměrech 90A10HAP, 80A20HAP a 70A30HAP.  Jako lisovací přísada bylo použito 5 hm.% PEG. Vzorky ve tvaru tablet o průměru 35 mm byly zhotoveny na laboratorním uniaxiálním lisu tlakem 50 MPa a vypáleny na teploty 1100, 1200 a 1300 °C s rychlostí ohřevu 2 °C/min a dobou výdrže 2 h na maximální teplotě. Takto připravené vzorky byly charakterizovány pomocí rentgenové fázové analýzy, Archimédových kritérií hutnosti (objemová hmotnost, zdánlivá pórovitost) a lineárním smrštěním. V závěru práce bylo provedeno měření elastických vlastností připravených kompozitů (Youngova a smykového modulu) a byla určena hodnota jejich Poissonova čísla

Cílem této práce bylo připravit, charakterizovat a vzájemně porovnat zirkoničitou keramiku stabilizovanou 8 a 3 mol.% Y₂O₃. Pro přípravu vzorků byly použity komerční prášky TZ-8YSB a TZ-3YB-E od firmy Tosoh. Vzorky ve tvaru trámečků (pro prášek TZ-8YSB také tablet) byly připraveny na laboratorním hydraulickém lisu tlakem 50 MPa. Vzorky s obsahem 8 mol.% Y₂O₃ byly připraveny při teplotách výpalu v rozsahu 1100-1500 °C, u vzorků se 3 mol.% Y₂O₃ byly použity pouze 3 teploty výpalu: 1200, 1300 a 1400°C. Všechny vzorky byly charakterizovány Archimedovou metodou (objemová hmotnost, zdánlivá a skutečná pórovitost) a smrštěním. Metodou impulsní excitace byly změřeny Youngovy moduly při pokojové teplotě, byla vyjádřena jejich závislost na skutečné pórovitosti a bylo provedeno srovnání s teoretickými předpověďmi. U vzorků vypálených na teploty 1200, 1300 a 1400 °C byla stanovena pevnost v ohybu a získané hodnoty byly zpracovány pomocí Weibullovy statistiky.  

Skla vykazující luminiscenci jsou v dnešní době podrobně zkoumána a vyvíjena. V kombinaci s electro-spinningem pro přípravu nanovláken mohou mít velké uplatnění v medicíně nejen při fotodynamické terapii, například inkorporováním vláken s luminiscenčními částicemi do textilního materiálu pro léčbu rakoviny kůže, akné, ekzémů a dalších kožních onemocnění. Cílem této práce bylo připravit sklo dopované oxidy europia a germania, které se po rozemletí na submikronové částice použije s nosným polymerem pro electro-spinning za účelem vytvoření nanovláken se skelnými částicemi. Byly měřeny luminiscenční vlastnosti těchto nanovláken a jejich mikroskopická struktura.

Udržitelnost a nová ekologizační opatření přinášejí v rámci Evropské unie nové výzvy do stavebnictví. Snižování emisí CO₂ nutí trh k hledání nových cest a využití nových materiálů jakožto příměsí do cementu či betonu. Jedním z takových materiálů by mohly být bezesporu méně kvalitní jíly. Dalšími materiály, které se na trhu začínají objevovat jsou popílky z biomasy, resp. ze spoluspalování biomasy, které však ve srovnání s klasickými popílky mají zcela odlišné složení a vlastnosti. Nesmíme však zapomínat ani na potenciální využití elektrárenských strusek. V této práci byla porovnána pucolánová aktivita, respektive reaktivita různých typů minerálních příměsí, a to jak těch klasických, tak těch nových. Reaktivita příměsí byla zjišťována prostřednictvím Frattiniho testu a testu elektrické vodivosti. Osmidenním Frattiniho testem byla prokázána pucolánová aktivita všech surovin kromě jednoho vzorku popílku z biomasy. Zkrácený jednodenní Frattiniho test ukázal na rozdílnou reaktivitu látek po jednom dni hydratace. Kvantitativní shoda mezi výsledky jednodenního Frattiniho testu a testu elektrické vodivosti však nebyla jednoznačně prokázána. Dále bylo potvrzeno, že pucolánová aktivita dodaných látek je současně určena velikostí jejich zrn.  

Hydroxyapatit sa využíva pri výrobe bioaktívnej keramiky pre jeho schopnosť podporovať rast kostných buniek a jeho nerozpustnosť vo vodnom prostredí. Práca sa zameriavala na meranie reologických vlastností hydroxyapatitových suspenzií a ich popis vhodnými matematickými modelmi. Reologické merania prebiehali na reometri Haake Mars III v rôznych konfiguráciách (doska-doska, kužeľ-doska, valec-valec). Najskôr bol sledovaný vplyv prípravy (doba miešania a vplyv ultrazvuku) pre východiskovú suspenziu (30 hm.% HA, 0,7 hm.% Dolapix CE64). Veľkosť častíc (rozdruženie aglomerátov) bolo sledované pomocou laserovej difrakcie. V práci boli skúmané 3 stekucovadlá: Dolapix CE64, TRIS a Darvan C-N a určila sa optimálna koncentrácia stekucovadla: 0,7 hm.% Dolapix CE64 a Darvan C-N; 0,9 hm.% TRIS. Najnižšie absolútne hodnoty viskozít boli namerané pre Dolapix CE64. Pre stekucovadlá Dolapix CE64 a Darvan C-N sa zostrojili krivky závislosti šmykového napätia od rýchlosti deformácie, ktoré sa fitovali Herschel-Bulkley modelom. Krivka závislosti viskozity od obsahu HA (obj.%) sa fitovala pomocou Kriegerovej rovnice. Z Kriegerovej rovnice bol určený kritický obsah tuhej fázy pre jednotlivé stekucovadlá.

Vnitřní povrchy skel pro farmacii musí vykazovat dostatečnou chemickou odolnost, aby nedocházelo k přechodu složek skla do náplně, a tím k jejímu znehodnocení (změna pH, chemické reakce). Chemická odolnost povrchů skel se proto testuje podle platné legislativy (ČSN ISO 4802-1, Evropský lékopis) zkouškou proti destilované vodě (121 ^oC, 1 h) a ve výluzích se stanovuje koncentrace alkálií, která nesmí překročit uvedené limitní hodnoty. Problematické nadlimitní výluhy alkálií vykazují často lékovky malých objemů s vysokým S/V. Proto byla v předložené práci sledována kinetika modelového loužení těchto lékovek do destilované vody za zvýšené teploty (80 ^oC) dlouhodobými testy (1-72 h). Porovnáním výsledků stanovení koncentrací složek skla ve výluzích (AAS) a měřením koncentračních profilů složek skla v povrchu (ESCA) před a po modelovém loužení, a dále po odleptání povrchové vrstvy směsí HF a HCl bylo zjištěno, že zejména koncentrace Na je na vnitřním povrchu neloužených lékovek snížená, v podpovrchových vrstvách je naopak zvýšená. Po modelovém loužení dochází k poklesu Na v povrchu přibližně do hloubky 70 nm, což svědčí o inkongruentním rozpouštění skla s rychlou difúzí Na⁺ zejména na počátku loužení.

The aim of our work is to develop a mathematical model of the cold cap for different Low Activity Waste (LAW) and High-Level Waste (HLW) melter feeds that will be treated at the Waste Treatment and Immobilization Plant at the Hanford Site in Washington State, USA. By batching these feeds and using multiple techniques such as X-Ray Diffraction (XRD), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Evolved Gas Analysis (EGA), and Feed Expansion Tests (FET), we were able to describe the influence of the feed's thermal history on several conversion processes such as the gas-evolving reactions, silica dissolution, or primary foam formation and collapse. The measured data were used to develop a kinetic model for the silica dissolution that can track the conversion degree inside the cold cap and thus determine its bottom temperature. The melting rates predicted by the cold cap model corroborate the measurements in pilot-scale melters. Using our model, we also show that changes in melter operating conditions, such as melter operating temperature or the rate of bubbling, influence the mleting rate to a lesser degree than what one would expect without consideration of batch conversion kinetics. 

Ceričitá keramika má využití v oblasti palivových článků či katalyzátorů. Tepelná vodivost a mechanické vlastnosti hrají důležitou roli při těchto aplikacích. Přídavek korundu k ceričité keramice zvyšuje tepelnou vodivost a elastické moduly. Obě tyto vlastnosti lze navíc řízeně snížit parciálním slinováním nebo zvýšit až na maximální hodnoty pevných fází metodou SPS (spark plasma sintering). Tato práce se zabývá tepelnou vodivostí a elastickými vlastnostmi keramiky na bázi korundu a oxidu ceričitého. V modelovací části je provedena simulace tepelné vodivosti a Youngova modulu na počítačem generovaných mikrostrukturách parciálně slinuté kompozitní keramiky Al₂O₃-CeO₂ s 5, 25, 50, a 75 hm.% CeO₂, včetně čistých koncových členů Al₂O₃ a CeO₂ s velikosti zrn 150 a 50 nm. Korelace numerických výsledků pro relativní vodivost a relativní Youngův modul jsou srovnány s jejich predikcí pomocí analytického vztahu. Keramické vzorky připravené uniaxiálním lisováním a konvenčním slinováním v rozmezí teplot 1000-1300°C a metodou SPS při teplotách 1000 a 1300 °C  jsou charakterizovány objemovou hmotností a pórovitostí. Pro vybrané vzorky jsou simulační predikce tepelné vodivosti a Youngova modulu srovnány s hodnotami naměřenými metodou laser flash a ultrazvukovou metodou.   

Leucitový kompozit je častým keramickým materiálem využívaným ve stomatologii. Používá se při přípravě korunek i faset. Vedle vysokoteplotních syntéz, energeticky a časově náročných, se leucit připravuje i nízkoteplotně. Zde je častou příměsí metastabilní fáze kalsilit. Cílem této práce je sledovat vliv kalsilitu na vlastnosti výsledného leucitového kompozitu. Vstupními surovinami pro přípravu leucitového prekurzoru byly práškový hliník, amorfní oxid křemičitý a roztok hydroxidu draselného. Syntéza amorfního prekurzoru probíhala v hydrotermálních podmínkách a konečný produkt - tetragonální leucit byl získán jeho kalcinací. Množství příměsi kalsilitu v produktu bylo řízeno molaritou vstupního roztoku KOH (2,5M, 3M a 4M). Vzorky kompozitu byly připraveny smícháním kalcinovaného prekurzoru (40 hmot. %) se skelnou matricí a následným lisováním a výpalem. Byly hodnoceny především mikrotvrdost, koeficient teplotní roztažnosti, povrchová struktura a morfologie vzorků.  

Many emissions are generated during the vitrification of nuclear waste. Apart from the major gaseous emissions - O₂, CO₂, H₂O and N₂, various minor off-gases (NO, N₂O, NO₂, SO₂, or CO) are released as well. Moreover, the melter off-gas can also include other trace emissions with potentially hazardous impact. Those trace components of the off-gas are by-products of reactions between nitrates and organics in the feed, such as acetonitrile. Our aim is to find a predictive tool to estimate the off-gas composition for the hundreds of waste feed compositions that will be vitrified at Hanford. We measured the gas evolution for a wide range of low-activity waste melter feeds using laboratory evolved gas analysis (EGA). The gaseous emissions are affected by the content of organic carbon and nitrogen in the feed and by the feed redox state. We show that while the gas evolution can be estimated directly from the feed composition using regression analysis, there can be significant differences in the off-gas composition between a pilot-scale melter operation and a laboratory EGA setup. This work has a potential to provide a tool that can enable fast optimization of feed composition with respect to the gaseous emissions and significantly reduce the amount of expensive experimental testing.

Biomateriály jsou materiály určené k interakci s biologickými systémy, jejichž využití v současné době umožňuje náhradu či doplnění funkcí poškozených tkání. Veliký důraz je kladen na jejich vyhovující fyzikální i chemické vlastnosti a biokompatibilitu. Důležitými vlastnostmi, kterými musí biomateriál pro medicínské využití disponovat, jsou bioaktivita, která je podmíněna chemickou interakcí biomateriálu s živou tkání za současné precipitace hydroxyapatitu, a antibakteriální účinek. Optimalizace povrchu kovových biomateriálů lze docílit povrchovými modifikacemi, kdy je z hlediska životnosti a účinnosti povlaku důležitá jeho přilnavost k substrátu. V práci bylo metodou sol-gel připraveno 6 typů solů s rozdílnými koncentracemi AgNO₃, bioaktivního skelného materiálu a jejich kombinací. Následovalo nanesení syntetizovaných směsných solů na mechanicky upravený titanový substrát technikou dip-coating, sušení a výpal vzorků. Povlaky byly charakterizovány optickou a elektronovou mikroskopií. Adheze povlaků k substrátu byla testována tape testem. Testování bioaktivity probíhalo in vitro za statických podmínek v simulované tělní tekutině po dobu 21 dní. Na závěr byl proveden 24 hodinový antibakteriální test povlaků vůči gramnegativní bakterii Escherichia coli.

Bylo navrženo a utaveno 16 skel v soustavě Na₂O-CaO-P₂O₅-SiO₂, u nichž byl obsah CaO postupně nahrazován oxidy MgO nebo SrO. U skel bylo určeno jejich chemické složení metodou rtg. fluorescence a změřena jejich hydrolytická odolnost. Z těchto údajů byla vytvořena databáze skel zahrnující jejich složení a odolnost. Statistickým zpracováním za použití regresní analýzy byly vypočteny koeficienty vlivu těchto dvojmocných kationtů na odolnost. Na jejich základě je diskutován vliv dvojmocných oxidů na hydrolytickou odolnost připravených skel.

Práce se zabývá alkalicko-křemičitou reakcí (ASR) v betonech a maltovinách, která je jednou z možných příčin poruch betonových konstrukcí. Cílem bylo zkoumat vliv jednotlivých minerálních příměsí na ASR. Výsledky byly vyhodnoceny pomocí urychlené dilatační zkoušky ASTM 1260. Na počátku práce bylo nutné vyřešit otázku málo reaktivního kameniva, které neumožňovalo jednoznačně vyhodnotit, do jaké míry mají přidané příměsi vliv na ASR. Tento problém byl vyřešen přidáním skleněných střepů za část kameniva, čímž se podařilo reaktivitu zvýšit. Navíc byl studován vliv různého množství a různých frakcí skla na ASR. Hlavní experiment s minerálními příměsemi prokázal kladný efekt při eliminaci ASR u všech vyzkoušených příměsí. Největší efekt na eliminaci ASR měl vysokoteplotní popílek spolu s metakaolinem, dále pak pojivo Sorfix a nejméně účinná byla vysokopecní struska.

Práce se zabývá přípravou fotocitlivé suspenze s obsahem kalcinovaných částic bioaktivního skla 45S5 ke stereolitografickému 3D tisku skafoldů. Pojednává o problematice skafoldů vyrobených 3D tiskem ze suspenzí s nekalcinovanými částicemi bioskla 45S5. Byla připravena suspenze s kalcinovanými částicemi bioskla 45S5 a byla zkoumána reologie, distribuce velikosti částic a změna v zaoblení částic. Výsledky byly porovnány s připravenou suspenzí dopovanou nekalcinovanými částicemi bioskla. Bylo dosaženo podobné distribuce velikosti částic, ale suspenze s kalcinovanými částicemi bioskla vykazovala horší reologické chování, z důvodu vyloučení pyrolytického uhlíku (kontaminace) na povrchu bioskla, který mění povrchové vlastnosti částic bioskla.  

Standardizovaný roztok simulované tělní tekutiny (SBF) dle ISO normy 23317:2014 se využívá pro testování bioaktivity (indikované schopností tvorby apatitu (HAp)) skelných, sklokeramických a keramických materiálů. V předchozích studiích na sklokeramickém scaffoldu bylo prokázáno, že pufr TRIS aktivně vstupuje do interakce materiál - SBF. Cílem této práce bylo detailněji pochopit mechanismus tvorby HAp vrstvy na vzorcích bioskla (45S5). Během statického testu byly celistvé vzorky exponovány ve standardním SBF s pufrem TRIS, a i v dalších roztocích bez pufru, po dobu jeden až 14 dní. Po expozici byly ve výluzích stanoveny koncentrace Na⁺, Ca²⁺, (PO₄)^3- a Si a měřeno pH. Dále byla sledována změna hmotnosti, provedena analýza XRD a nově vzniklá vrstva byla pozorována pomocí SEM/EDS. Výsledky potvrdily, že pufr TRIS ovlivňuje výsledky in vitro testů falešně pozitivně.

Biomateriály jsou látky přírodní nebo syntetické, které mají schopnost posilovat nebo nahrazovat funkce živé tkáně. Mezi nejpoužívanější bioaktivní materiály patří biosklo a syntetický hydroxyapatit. Důležitou vlastností implantátů je biokompatibilita – snášenlivost materiálu v živém organizmu. Při implantaci bioaktivního materiálu dochází na jeho povrchu k precipitaci nové vrstvy tzv. kostního hydroxyapatitu. Tato vrstva je schopná vytvořit pevnou vazbu s přirozenou tkání. Při testování bioaktivity implantátů se používá standardizovaný in vitro test, při kterém je testovaný materiál v kontaktu s tzv. simulovanou tělní tekutinou obsahující pufr TRIS. Tato práce se zabývá sledováním 7-denní interakce bioaktivního skla se simulovanou tělní tekutinou SBF s a bez TRISu. Před a po statickém in vitro testu byla analyzována hmotnost a změna charakteru materiálů pomocí BET, OM, SEM/EDS, XRD a XRF. Byly odebírané výluhy roztoků pro stanovení koncentrace iontů Ca²⁺ a (PO₄)^3- a bylo měřeno pH. Po expozici v pufrovaném roztoku SBF+T se na povrchu materiálu vytvořila nová krystalická vrstva kostního hydroxyapatitu. V případě materiálu po interakci s SBF bez pufru se na povrchu vytvořily postupně tři amorfní vrstvy s obsahem Si, Ca a P elementů s různou tloušťkou.

Jeden ze způsobů, jak imobilizovat vyprodukovaný jaderný odpad, je smíchat ho se sklotvornými přísadami a vitrifikovat ho v elektrické tavicí peci. Přeměna sklářského kmene na sklo probíhá ve vrstvě kmene, tzv. „cold-capu“, a naším cílem je pochopit všechny důležité probíhající děje a zefektivnit celý proces přeměny. Jednou z možností, jak ovlivnit rychlost tavení, je optimalizovat složení sklářského kmene. Pro zkoumání vlivu složení sklářského kmene na tavení při vitrifikaci jaderného odpadu byl vybrán kmen „AP-107“, u kterého jsme měnili složení sklotvorných přísad. V laboratoři byl nejprve připraven kmen AP-107 podle původního neoptimalizovaného složení, kdy se v simulovaném odpadním kmeni používají snadno dostupné minerály: olivín Mg2SiO₄, wollastonit CaSiO₃, zirkon ZrSiO₄ a kyanit Al₂SiO₅. U přípravy modifikovaných kmenů jsme se rozhodli minerály nahradit oxidy MgO, CaO, ZrO₂ a hydroxidem Al(OH)₃, a postupně testovat vliv jednotlivých původních minerálů. Proces přeměny kmene na sklo byl zaznamenán za pomoci vysokoteplotní pozorovací aparatury. Z procesu tavení jsme pomocí metody FET získali objemové křivky v závislosti na teplotě. Výsledky naznačují, že volba minerálů či oxidů může mít významný vliv na proces přeměny, a tedy i na rychlost tavení při vitrifikaci.

Práce se zabývá zkoumáním využití odpadních stavebních kalů z výroby betonu a umělého kamene jako aditiv do zemědělských půd pro zlepšení jejich vodního režimu, a případné zvýšení obsahu látek významných pro růst rostlin. V první části práce byly provedeny výluhové testy a stanoveny obsahy vybraných iontů (NH₄⁺, PO₄^3-, Ca²⁺, Al³⁺) ve výluzích metodou Atomové absorpční spektrometrie a UV-Vis spektrofotometrie. Pro experimenty zaměřené na vodní režim půd byly použity dva rozdílné typy standardních půd od německé firmy Lufa. Nasákavost a retence vody byla měřena u samostatných kalů a půd, a dále u směsí kalu a půdy v poměru 5 a 20 % hmotn. Jako referenční materiál k odpadním kalům byl vybrán komerční klinoptilolit od firmy Zeocem, který je znám dvou schopností hydratace.

Příprava farmaceutických solí je jedním z nejpoužívanějších způsobů modifikace rozpustnosti léčivých látek. Výchozí látkou byla sůl trospium chlorid, což je farmaceutická sůl používaná v léčivých přípravcích určených k léčbě syndromu hyperaktivního močového měchýře. Druhou výchozí látkou byl exotrospium chlorid, což je epimer trospium chloridu, u něhož ale nejsou prostudovány farmaceutické účinky.  V literatuře byla doposud popsána struktura pěti solí trospia a šesti exotrospia. Cílem této práce bylo připravit tyto známé formy ve větším množství, tím ověřit reprodukovatelnost přípravy, dále také příprava nových forem a charakterizace získaných produktů. Byly připraveny a následně charakterizovány tři známé soli trospia a dvě nové, z derivátů exotrospia čtyři již popsané soli a jedna nová. Byl optimalizován postup pro zisk čistých solí. Charakterizace všech solí probíhala metodami rentgenové difrakce a termické analýzy.  

Předmětem práce je vývoj softwaru pro verifikaci experimentálně stanovených řešení krystalických struktur. Verifikace je založena na srovnání s výsledky kvantově mechanického výpočtu. Tím můžeme do značné míry detekovat chyby těchto řešení a potvrdit tak jejich správnost (včetně řešení na základě dat pocházejících z práškové analýzy). Dalším účelem je možnost ohodnotit strukturu z hlediska mřížkové energie, tedy určit její stabilitu. Posouzení hodnoty mřížkové energie má význam při predikci krystalové struktury. Program CheckCif-DFT vnitřně využívá kvantově-mechanický program Quantum Espresso. Ten operuje na bázi ab initio metody DFT (density functional theory). Cílem programu CheckCif-DFT je poskytnout krystalografům rozhraní, které nevyžaduje zevrubnou znalost v oblasti kvantové mechaniky a dovoluje výpočty provést na základě předem zvolených konfigurací. Program zpracuje data z CIF souboru do vstupu pro kvantově-mechanický výpočet a výpočet provede. Ve finální fázi program srovná vstupní a upřesněnou strukturu pomocí výpočtu RMSCD. CheckCif-DFT je tedy volně dostupnou alternativou k  nákladným komerčním programům (BIOVIA Materials Studio, Amsterdam Modeling Suite).

Deriváty kyseliny benzoové mají vliv na krystalizaci některých aktivních farmaceutických substancí. Z literatury vyplývá, že u paracetamolu se podařilo díky přidání halogenderivátů kyseliny benzoové poskytnout podmínky pro spolehlivou výrobu metastabilní formy II se 100% výtěžkem a stabilitou delší než 1 rok. Naopak kokrystaly vznikají z vícekomponentního systému sulfamethazinu s 4-brombenzoovou kyselinou. Práce je proto zaměřena na zkoumání vlivu derivátů kyseliny benzoové na krystalizační proces známých léčiv. Výsledné krystalické produkty budou analyzovány pomocí metody rentgenové difrakce monokrystalu. Obrázek 1: Přeměna paracetamolu z formy I na formu II za přítomnosti derivátu kyseliny benzoové

Práce se zabývá optimalizací podmínek vybraného způsobu modifikace přírodního zeolitu manganem pro získání selektivního sorbentu pro dekontaminační technologie. Cílem bylo získat stabilní materiál s maximálním množstvím povrchově vázaného manganu při co nejnižším surovinovém a energetickém zatížení.  Pro experimenty byl použit slovenský přírodní zeolit draselného typu. Připravený zeolit s nejvyšším obsahem manganu byl testován na adsorpci vybraných kationtů (Cd²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺) a aniontů (AsO₄^3-, AsO₂^-) z vodných roztoků o koncentraci 0,5 mmol/l. Obsah zachyceného manganu byl stanoven pomocí RTG fluorescenční spektrometrie a zbytkové koncentrace kationtů a aniontů v roztocích byly analyzovány UV-Vis spektrofotometrií a Atomovou absorpční spektrometrií.  

Tématem této práce je příprava solí farmaceutických substancí pomocí srážecích reakcí. Cílem této práce je výměna bromidového aniontu v isothiouroniových solích za jiné anionty pomocí srážecích reakcí se stříbrnými solemi organických kyselin a analýza připravených látek. Isothiouroniové soli představují ve farmaceutickém průmyslu perspektivní skupinu látek s možným využitím jako léčiva proti leukémii^[1]. Hlavní zvolenou metodou analýzy připravených látek byla RTG monokrystalová difrakce, doplněná RTG difrakční analýzou prášku a ¹H NMR. V rámci práce byly dosud vytvořeny tři výchozí isothiouroniové soli, které byly charakterizovány pomocí ¹H NMR. Jejich monokrystaly byly připraveny pomalým odpařením rozpouštědla a po změření RTG monokrystalová difrakce byly vytvořeny příslušné strukturní modely. Dále byly započaty výměnné reakce, které byly provedeny v pevné fázi a v roztoku. ^[1] Ferreira, M.; Assunção, L. S.; Silva, A. H.; Filippin-Monteiro, F. B.; Creczynski-Pasa, T. B.; Marcus, M. S. Allylic isothiouronium salts: The discovery of a novel class of thiourea analogues with antitumor activity. Eur. J. Med. Chem. 2017, 129, 151–158.

Práce se zabývá možností rozlišení soli a kokrystalu pomocí výpočtu založeného na teorii elektronové hustoty (DFT = density functional theory). DFT geometrická optimalizace umožňuje stanovit pozici kritického vodíku u vybraných látek. Tato informace je mimo jiné požadována při registraci a patentování léčiva. Navržený postup pro ověření platnosti metody zahrnuje tyto kroky: 1) Výběr struktur z kritické oblasti ΔpKa <-1,4>, a to pouze ty u nichž byla pozice vodíků potvrzena z diferenční Fourierovy mapy 2) Modifikace struktury – umělé přesunutí vodíku do špatné pozice pomocí programu BIOVIA Material Studio 2020 3) Provedení výpočtu geometrické optimalizace na superpočítači Salomon v Ostravě 4) Analýza výsledku výpočtu Tímto způsobem byl proveden výpočet na celkem 173 solích a 96 kokrystalech. Závěr naší prozatímní práce jsou tato pravidla: Pokud startovní model soli dospěje do kokrystalu, jedná se o kokrystal. Pokud startovní model soli i kokrystalu vyjdou jako sůl, a délka experimentální H-vazby je delší než 2.613 Å, je struktura s vysokou pravděpodobností experimentálně špatně vyřešená a jedná se o sůl. Funkcionál PBE není zcela spolehlivý pro rozlišení soli a kokrystalu, pro kratší délky H-vazby je lepší použít funkcionály rSCAN nebo PBE0.  

Syntetický Mg-Al hydrotalcit se často využívá jako hostitelská struktura pro interkalaci léčiv. Interkalaci léčiv nerozpustných ve vodě lze provést metodou obnovení vrstevnaté struktury z koloidní disperze delaminovaného produktu, která se přidá k roztoku léčiva v organickém rozpouštědle. Cílem práce bylo ověřit stabilitu hydroxidových vrstev po delaminaci Mg-Al hydrotalcitu ve formamidu. Prekurzor Mg-Al-NO₃ s molárním poměrem Mg/Al = 2 byl připraven koprecipitační reakcí dusičnanů Mg a Al hydroxidem sodným a hydrotermálně zpracován po dobu 1 a 4 týdnů. Koloidní disperze byla připravena delaminací vzorků ve formamidu po dobu 1, 2 a 3 hodin. Po přidání koloidní disperze do roztoku uhličitanu sodného vznikl Mg-Al-CO₃ hydrotalcit. XRD potvrdila zlepšení krystalinity prekurzoru po hydrotermálním zpracování a zároveň postupné zhoršování krystalinity vzniklého produktu Mg-Al-CO₃ s rostoucí dobou kontaktu prekurzoru s formamidem. Delší doba přípravy koloidní disperze vedla ke snížení molárního poměru Mg/Al v připravených produktech a malým změnám mezirovinné vzdálenosti d₁₁₀, které lze vysvětlit zmenšením průměrné vzdálenosti mezi kationty v hydroxidových vrstvách. Během interakce s formamidem tedy zřejmě dochází k vyluhování části Mg²⁺ kationtů z hydroxidových vrstev do kapalné fáze.

Fotopřepínače, molekuly, které dokážou měnit tvar v závislosti na ozáření ultrafialovým (UV) nebo viditelným (VIS) světlem, jsou v současnosti inkorporovány do celé řady chytrých organických materiálů, ke kterým řadíme i kapalné krystaly (LC). LC samovolně vytváří supramolekulární struktury (mesofáze), které rychle reagují na vnější podnět. Zavedení fotocitlivé jednotky do struktury LC umožňuje ovlivnit strukturu vytvořených mesofází i světlem. Jedna z nejpopulárnějších fotosenzitivních jednotek využívaných v syntéze LC je azoskupina, typicky v podobě azobenzenové jednotky. Azobenzenový fragment může být laterálně substituován, čímž lze získat látky s velmi stabilním UV světlem indukovaným Z-isomerem, což je vhodné pro aplikace v optických pamětech. Na druhou stranu, LC vykazující rychlou termální relaxaci Z→E lze potenciálně využít pro tvorbu optických přepínačů. V této práci prezentujeme první výsledky syntézy ultrarychlých kapalně- -krystalických fotopřepínačů založených na struktuře fenylazoindolu (Obr. 1). Bude diskutována syntéza a optické vlastnosti vybraných laterálně substituovaných fenylazindolů. Obr. 1 Světlem iniciovaná isomerizace fenylazoindolu

Různé variace imidazoliových a dihydroimidazoliových solí našly v průběhu let využití jako NHC ligandy katalyzátorů přechodných kovů a jako strukturní bloky dalších látek. V mé práci studuji vlastnosti NHC ligandů a roli planární chirality substituovaného [2.2]paracyklofanu připojeného k heterocyklickému jádru. Práce navazuje na předchozí syntézu modifikovaných katalyzátorů PEPPSI a vede k chirálním strukturním analogům komerčně dostupných fluoračních činidel AlkylFluor a PhenoFluor. Kritickým krokem syntézy se ukázala být příprava klíčového chlorimidazolium-chloridu, která probíhá přes labilní intermediární NHC ligand.  

Vhodnou oxidací sirných můstků thiacalixarenů zavedeme do thiacalixarenového skeletu sulfonylovou skupinu, která následně může sloužit jako direktivní skupina při ortho lithiacích, či jako elektronakceptorní skupina při nukleofilních aromatických substitucích. V této práci bylo využito fotochemických reakcí pro syntézu různě oxidovaných thiacalixarenových derivátů s přesmyknutým základním skeletem. Nejprve byl objasněn mechanismus oxidace sirných můstků u fenoxathiinového derivátu s cílem maximalizovat výtěžek plně oxidovaného tetra(sulfonylového)derivátu. Vhodnou úpravou fotochemických podmínek reakce se dále povedlo připravit unikátní fenoxathiinový makrocyklus obsahující kombinaci neoxidovaného sirného můstku a plně oxidovaných sulfonylových můstků. Fotochemické reakce byly následně využity i při syntéze oxidovaných thiacalixarenových derivátů bez přesmyknutého základního skeletu s cílem syntetizovat monosulfonylthiacalixaren.

Cílem práce bylo objasnění průběhu přímé merkurace calix[4]arenu. Ta totiž jako jediná známá elektrofilní substituce prováděná na těchto látkách poskytuje meta-substituovaný derivát, zatímco všechny ostatní elektrofilní substituce poskytují para-substituované deriváty. Průběh reakce byl studován pomocí NMR experimentu. Dále byly provedeny reakce za snížené i zvýšené teploty, při kterých byl zkoumán kinetický a termodynamický produkt reakce. V druhé části projektu byl studován mechanismus přesmyku z para do meta-polohy, který byl také studován pomocí NMR experimentu.

Calixareny jsou makrocyklické sloučeniny, známé především pro své komplexační vlastnosti. Tato práce se zabývá dendritickým větvením tetraaminoderivátů calix[4]arenů pomocí p-nitrobenzensulfonylchloridu. Touto cestou byly úspěšně syntetizovány dendrimery 1. generace na třech ze čtyř možných atropoisomerů calix[4]arenu, z nichž byly dva podrobeny rentgenostrukturní analýze. Po redukci nitroskupin na aminy by vzniklé struktury měly sloužit k syntéze dendrimerů 2. generace, a kromě toho také jako prekurzory potenciálních aniontových receptorů na bázi močoviny.

DC-SIGN receptor is present on the cell membrane of macrophages and dendritic cells of human immunity system and has a high affinity for mannose-rich N-glycans typical for pathogens. Some viruses (e.g., HIV or Hepatitis C) take advantage of this affinity to enter and infect T-cells which is why high-affinity antagonists of DC-SIGN have a high potential to become cures for these diseases. My project is focused on the synthesis and evaluation of biological activity of 4-oxoquinoline-3-carboxylic acid and 4-oxo-3-hydroxy-2-phenylquinoline derivatives. In an initial screening, simple amides of fluoro and dimethylamino derivatives showed high affinity for hydrophobic binding sites of DC-SIGN receptor. Initially, reaction conditions of the synthetic routes to carboxylic acids have been optimized and multiple amides and esters of 6-fluoro, 7-fluoro and 6-dimethylamino-4-oxoquinoline-3-carboxylic acids were synthesized. Subsequently, syntheses of the 7-bromo and 8-bromo precursors were optimized and some 7-aryl and 8-aryl substituted derivatives of 4-oxo-3-hydroxy-2-phenylquinolines with 3-nitro, 4-methoxy or no substituents on the phenyl ring were synthesized by the Suzuki–Miaura cross-coupling reactions. The evaluation of affinity of the prepared molecules for DC-SIGN is now under way.  

Cílem práce je funkciolizace povrchu skla pro ukotvení modelu fosfolipidové membrány. Vybrané funkční skupiny jsou navázany přes silanolové nebo fosfonatové kotvy. Tyto nesou deriváty pro reverzibilní vazbu membránových struktur s možností fotochemické modulace. Práce se soustřeďuje na reverzibilní kondenzaci amin-karbonyl a “photocaging” přes ortho-nitrobenzylový fragment, připravená mikroskopická sklíčka jsou studována super-rezoluční fluorescenční mikroskopií.  

3-Substituované aryny 5 mohou sloužit při Dielsově-Alderově reakci s anthracenem jako stavební bloky 1-substituovaných triptycenů 6. V případě použití vhodně substituovaného anthracenu budou takto připravené triptyceny chirální a bude možné je využít k syntéze chirálních NHC ligandů a jejich komplexů s přechodnými kovy. Ve své práci jsem se zaměřil na přípravu prekurzorů arynů pomocí dvou různých syntetických cest. První cesta využívá substituovanou anthranilovou kyselinu 2, která byla připravena ve dvou reakčních krocích z 3-nitroftalové kyseliny 1 a která poskytuje odpovídající aryn in-situ reakcí s isoamylnitritem. Druhá syntetická cesta vychází z 3-substituovaných fenolů 3, které jsou nejprve reakcí s HMDS převedeny O-trimethylsilylované deriváty. Ty podléhají vlivem stericky bráněné báze retro-Brookovu přesmyku a následně jsou transformovány na trifláty 4, které vytváří v přítomnosti fluoridového aniontu 3-substituované aryny.  

Deriváty [2.2]paracykofanu jsou díky své planární chiralitě využívány v organické syntéze jako stavební bloky pro enantioselektivní katalyzátory. Ve své práci se zabývám přípravou aminoparacyklofanů 1, které by měly vést k analogům deoxyfluoračních činidel 2 známých jako AlkylFluor a PhenoFluor. Substituce alkylovým řetězcem v ortho-poloze k atomu dusíku (R² = alkyl) by měla zvýšit stabilitu intermediárních N‑heterocyklických karbenů. K přípravě aminoderivátů 1 jsem použil dva syntetické postupy vycházející z komerčně dostupného [2.2]paracyklofanu. První z nich využívá jako klíčový intermediát 4-methyl[2.2]paracyklofan, druhý je založen na aza-Claisenově přesmyku N‑allyl‑4‑aminoparacyklofanů.

DC-SIGN is a lectin receptor found on the surface of dendritic cells and macrophages.Its interaction with carbohydrates on the surface of pathogens is key for the initiation of immune response. A recent study has identified several small molecules (fragments) which show a high affinity for DC-SIGN. Several DC-SIGN ligands were synthesized and used for DC-SIGN targeting in our two projects. The aim of the first project is to visualize cancerous lymph nodes using fluorescent nanodiamonds. Their surface can be chemically modified to enable attachment of DC-SIGN ligands. Such modified nanodiamonds bind to the DC-SIGN on the surface of tumour-associated macrophages. High concentration of macrophages in nodes is linked to a metastatic tumour. Thanks to the fluorescent properties of nanodiamonds, the nodes can be easily distinguished from the surrounding tissue. In the second project, I am developing modified liposomes for targeted drug delivery to dendritic cells. Being modified with selective DC-SIGN ligands, the liposomes could deliver their cargo directly to the dendritic cells, which is, among others, a promising strategy to increase the efficacy of vaccines.  

Kapalné krystaly (mesogeny) jsou unikátní svou samoskladbou a tvorbou mesofází, které kombinují vlastnosti anisotropního krystalu a isotropní kapaliny. Snadno tak reagují na vnější vlivy jako je teplota, tlak či elektrické pole. Zavedení fotosensitivní jednotky do struktury mesogenu navíc umožní i modulaci mesofáze zářením o vhodné vlnové délce. V naší laboratoři se již delší dobou zabýváme přípravou nových kapalně krystalických fotopřepínačů lomeného tvaru, které potenciálně mohou nalézt uplatnění v inovativních optických a optoelektrických zařízeních. Cílem této práce je syntéza a studium kapalně krystalických fází dvou sérií fotopřepínačů na bázi 4-fluor-3-hydroxybezoové kyseliny a 4-chlorresorcinolu. Studovali jsme vliv laterální substituce (H, F, Cl, Br, CH₃), použití různých spojek (esterové, bifenylové) a délky terminálních alkoxylových řetězců (oktyloxy, hexadecyloxy) na mesomorfní a fotochemické vlastnosti cílových látek. Všechny připravené materiály obsahují fotosensitivní azoskupinu, která podléhá fotochemické E/Z izomerizaci a umožnuje tak ovlivnit uspořádání mesofáze externím UV nebo Vis zářením.  

Kumarin a jeho deriváty představují početnou skupinu sloučenin přírodního i syntetického původu. V posledních letech se kumarinům dostalo zasloužené pozornosti zejména díky jejich různorodé biologické aktivitě a jsou často studovány, mimo jiné, jako potenciální léčiva. Sloučeniny obsahující skelet hexahydrokumarinu lze připravit pomocí nukleofilem iniciované cyklizační reakce esterů enol formy 1,3-diketonů a α,β-nenasycených kyselin. Jedná se o málo prostudovanou reakci a tato práce by měla přispět k pochopení jejího mechanismu i rozsahu. K tomuto účelu byla připravena série esterů enol formy dimedonu a laterálně substituovaných skořicových kyselin, které byly následně podrobeny reakci s 4-(N,N-dimethylamino)pyridinem jako nukleofilem. Struktury vzniklých derivátů hexahydrokumarinu byly charakterizovány pomocí ¹H a ¹³C NMR spektroskopie a s ohledem na nově vzniklé chirální centrum byla provedena jejich chirální separace. Za účelem studia možného enantioselektivního provedení reakce byla otestována řada chirálních katalyzátorů. Dále byl studován vliv povahy a polohy substituentů na rychlost této reakce, který byl následně kvantitativně vyjádřen pomocí Hammettovy rovnice.

Research of purine nucleoside phosphorylase (PNP) inhibitors started in the 90s, however, since then, most compounds failed in clinical trials due to their low activity, solubility, or bioavailability. In recent years, novel PNP inhibitors with nanomolar activity were developed in our research group. These inhibitors are based on hypoxanthine moiety which modifications have not been explored yet. This work aims to design and synthesize novel PNP inhibitors with a modified base using computational methods in order to achieve better pharmacokinetic properties with preserved biological activity.  

Several flavin-dependent enzymes have been observed to catalyze reactions including d->a umpolung transformations. Following a nucleophilic attack on the 5-N atom of flavin moiety the polarity of such donor is switched, making it an acceptor while the negative charge is being stabilized by the flavin. A viable in vitro replacement of such enzymes should be ethylene-bridged flavinium salts. However, the 5-N is not the only electrophilic center susceptible to a nucleophilic attack and other nucleophilic attacks are undesirable. To reduce the possibility of an undesirable attack, sterically hindering substituents are added on the bridge. Reactions with nucleophiles are then performed to study the adduct formation, homocoupling reactions of nucleophiles and to compare the yields with reactions catalyzed by analogical flavinium salts without sterical hindrance.  

Aminy jsou organické sloučeniny formálně odvozené od amoniaku nahrazením vodíkových atomů za uhlíkové substituenty. Celá řada aminů, zejména chirálních aminů, je součástí přírodních látek a léčiv. Chirální aminy se také využívají v asymetrické syntéze. Proto je cílem mé práce vypracovat nový postup pro přípravu chirálních aminů. Navržený postup kombinuje snadnou dostupnost aminů 1 a reaktivitu fosfátů. Ve svém návrhu předpokládám, že výchozí aminy 1 budou převedeny na fosforamidáty 2, které budou reakcí s organolithnými a Grignardovými činidly převedeny na koncové produkty 3.  

S rostoucí poptávkou po enantiomerně čistých látkách roste potřeba vyvinout vhodné separační metody racemických směsí. Jednou z možností je vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) v kombinaci s chirální stacionární fází. Avšak chirální separace ionizovatelných látek je problematická, neboť komerčně dostupné chirální kolony je zpravidla neseparují. Efektivně je lze však dělit na ionizovatelných stacionárních fázích – katexech, anexech či zwitterionických ionexech. Zwitterionické ionexy mají tu výhodu, že je lze použít pro dělení kladně i záporně nabitých látek a zwitteriontů. Cílem této práce je syntetizovat chirální selektory na bázi chininu a chinidinu modifikované dipeptidy a následně je imobilizovat na vhodně modifikovaný silikagel. Takto připravené chirální sorbenty budou následně naplněny do chromatografických kolon a budou vyhodnoceny jejich chromatografické vlastnosti s využitím kyselých, bazických a zwitterionických látek. Jako zwitterionické analyty budou primárně použity nechráněné dipeptidy a oligopeptidy, tedy sloučeniny s významnou biologickou aktivitou.  

Planárne chirálny 4-amino[2.2]paracyklofan môže slúžiť ako prekurzor difluórsilikátov , NHC ligandov a fluórimidazoliových solí. Stabilita NHC ligandov je však výrazne znížená pritomnosťou ortho-vodíku v paracyklofanovom motive. Cieľom tejto práce je syntéza a ortho-alkylácia prekurzoru týchto paracyklofanov, 4-nitro[2.2]paracyklofanu s využitím nepriamej (vicarious) nukleofilní substituce. V prvom kroku reakcia prebehla prednostne do polohy 8 (1)  paracyklofanového skeletu, a opakovanou alkyláciou bolo dosiahnuté žiadanej modifikácie do polohy 5 (2) .

Vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) s použitím chirálních stacionárních fází je bezesporu jednou z  nejrozšířenějších metod separace enantiomerů, a to jak v  analytickém, tak v preparativním měřítku. V  současné době je k  dispozici více než 100 typů chirálních stacionárních fází, které umožňují separaci téměř libovolného racemátu.Výjimku tvoří ionizované a ionizovatelné látky, které nejsou vhodnými analyty pro většinu komerčně dostupných chirálních chromatografických kolon. Sloučeniny tohoto typu lze však efektivně separovat na chirálních ionexech.¹ Cílem této práce je syntéza chirálních stacionárních fází povahy katexů, které ve své struktuře obsahují opticky čistou 2-aminocykloalkan-1-sulfonovou kyselinu jako chirální jednotku. Připravené chirální selektory byly imobilizovány na vhodně modifikovaný silikagel a získané chirální sorbenty byly naplněny do chromatografických kolon. Chromatografické vlastnosti připravených stacionárních fází byly vyhodnoceny vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií při separaci racemických směsí biologicky aktivních aminů.  1 Kohout, M.; Wernisch, S.; Tůma, J.; Hettegger, H.; Pícha, J.; Lindner, W. J. Sep. Sci. 2018, 41, 1355.

Chemie bicyklo[1.1.1]pentanu (dále BCP) zažívá v posledních třech letech renesanci, což je zjevné z více jak 75 originálních publikací či rozsáhlých review. Téměř veškeré tyto práce se však zabývají chemií v bridgehead (neboli 1,3-) pozicích. Přímá substituce atomů vodíku v můstkových (neboli 2,4,5-) polohách je velmi málo prozkoumanou oblastí, což je jasně demonstrováno pouze dvěma publikacemi za posledních 20 let. Prozatím se ukazuje, že pouze radikálová chlorace je dostatečně selektivní metoda vedoucí k zavedení až čtyř atomů chloru na napnutý BCP skelet. Jelikož 2,2-difluorbicyklo[1.1.1]pentan-1,3-dikarboxylová kyselina (F₂BCP) je jedinou doposud známou látkou nesoucí dva atomy halogenu jiné než chlor, rozhodli jsme se prozkoumat její chování při radikálových chloracích a v kombinaci s radikálovou dechlorací se nám podařilo připravit čtyři zcela nové polyhalogenované deriváty BCP. Jejich struktury byly potvrzeny rentgenovou difrakcí a pK_A příslušných kyselin byly stanoveny kapilární elektroforézou. Rozsáhlé DFT výpočty sloužily k objasnění selektivní tvorby čtyř z devíti možných izomerů. Každá tato látka pak může být dále začleněna do složitějších systémů s využitím již velmi dobře známé chemie na bridgehead pozicích.

Secondary structures highly contribute to DNA properties such as stability or gene regulation. In this work, we focused on G-quadruplex (G4) which forms as a planar or helical complex in guanine-rich DNA sequences. It was shown that the G4 occurrence is highly organized in the human genome: G4s occur predominantly in gene promoters, replication origins and at telomeric regions, where they protect ends of chromosomes. They serve as mitotic clocks, limiting the number of cell divisions and triggering cell death after the limit is reached. Telomeres are thus implicated in both cancer and ageing process. Indeed, several G4-mediated anticancer strategies have been proposed and are being intensively studied. In our group, several G4 probes have been synthesized and used in a number of biological studies. The aim of my work was optimization of the synthesis of the most promising G4 probe, N-TASQ, to meet its high need for biochemical studies. In addition, the synthesis of several N-TASQ derivatives is under way. These probes will be characterised in terms of affinity, selectivity and biophysical and imaging properties to better understand complex nature of probe–G4 interaction.

Spiropyrány sú fotochrómne zlúčeniny s pozoruhodnými vlastnosťami. Ich charakteristikou je, že po ožiarení výrazne menia nielen svoju geometriu ale aj polaritu. Vplyvom UV žiarenia dochádza k otvoreniu spiropyránu, ktorý sa mení na merocyanínovú formu. Táto reakcia je reverzibilná a vplyvom viditeľného svetla dochádza k spätnej cyklizácii. Spirouhlík v molekule je chirálny a v roztoku dochádza k jeho spontánnej racemizácii (Schéma 1). Avšak súčasné aplikácie v materiálovej chémii vyžadujú opticky čistý materiál. V predošlej štúdii sme zistili, že rezolúcia jednotlivých stereoizomérov spiropyránu je dosiahnuteľná vytvorením druhého centra chirality v indolovom skelete zavedením benzylovej skupiny substituovanej v para-polohe rôznymi skupinami. Spiropyrány sa tak vyskytujú vo forme diasteromérov s odlišnou energiou. V prípade veľkého rozdielu energií diastereomérov je jeden z nich energeticky preferovaný čím sa dosiahne optická čistota materiálu (Schéma 2). Cieľom práce je syntéza spiropyránov substituovaných fenylovou skupinou, ktorá je v para-polohe substituovaná vybranými funkčnými skupinami a následné určenie diastereomérneho pomeru (Schéma 3). Vplyv elektrónových a stérických efektov substituentov v para-polohe na diastereomérny pomer bol študovaný pomocou MTD a DFT výpočtov.  

Díky unikátní struktuře triptycenu nacházejí jeho deriváty uplatnění např. jako molekulární stroje nebo také v chemii polymerů, materiálové chemii, medicinální chemii a v neposlední řadě také v katalýze. Substituované triptyceny mohou být chirální a nalézt tak využití jako enantioselektivní katalyzátory. Ve své práci se zabývám optimalizací Dielsovy-Alderovy reakce 9-nitroanthracenu (1) s 1,4-epoxy-1,4-dihydronaftalenem (2), která je klíčovým krokem syntézy rozšířených triptycenů. Podle publikovaných postupů jsem nejprve reakcí anthracenu s kyselinou dusičnou připravil nitroanthracen 1 a reakcí 1,2-dibrombenzenu s furanem pak epoxynaftalen 2. Vlastní Dielsovu-Alderovu reakci jsem prováděl v mikrovlnném reaktoru v různých rozpouštědlech. Adukt 3 pak aromatizací poskytne rozšířený triptycen, který po redukci nitroskupiny na aminoskupinu bude možné využít k syntéze NHC ligandů a jejich komplexů s přechodnými kovy.

Flaviny se zatím ve fotokatalýze využívaly výhradně k oxidacím, avšak v přírodě se podílí i na fotoredukčních procesech. Pro fotoredukční reakce jsou namísto flavinů vhodnější deazaflaviny, které mají pro redukce vhodnější redoxní vlastnosti. Oxidační potenciály radikálu deazaflavinů v excitovaném stavu dosahují hodnot -3 V a nižších a jsou tedy srovnatelnými či dokonce silnějšími redukčními činidly než sodík. Proto je lze využít i pro redukce obtížně redukovatelných látek, jako je například p-chlor- a p-bromanisol. Při reakci dochází ke vzniku aryl radikálu, který poté přijímá proton z rozpouštědla nebo kation radikálu DIPEA. Vzniklý aryl radikál také může reagovat s areny nebo heteroaromatickými sloučeninami ve smyslu C-C couplingu. Tyto reakce však probíhají s mnohem nižší konverzí oproti dehalogenačním reakcím, pokles účinnosti je pravděpodobně způsoben zhášením katalyzátoru vzniklým produktem. Řešením by mohlo být vytvoření heterogenního katalyzátoru, který by byl následné použit v průtočném systému. Ve své práci se věnuji přípravě deazaflavinů, které jsou pomocí amidické vazby vázané na nanočásticích MCM-41 a jejich využití pro fotodehalogenační reakce a fotokatalytické C-C couplingy.

Práce se zabývá přípravou enantiomerně čistých 6,6‘-difuncionalizovaných derivátů [1,1‘-binaftalen]-2,2‘-diolu (1) jako prekurzorů pro přípravu hybridních organokřemičitých materiálů. Tyto hybridní materiály by měly najít své uplatnění jako heterogenní katalyzátory enantioselektivních reakcí. Výhodou těchto materiálů je jejich snadné oddělení od reakční směsi a možnost recyklace. Cílem práce je syntéza (R)-6,6‘-bis(aminomethyl)-2,2‘-dimethoxy-[1,1’-binaftalenu] (2), jehož reakcí s triethoxy(3-isokyanatopropyl)silanem vzniká přemostěný bis(triethoxysilan) 3, což je finální prekurzor pro přípravu hybridního organicko-anorganického křemičitého materiálu. Syntéza přemostěného bis(triethoxysilanu) 3 vycházela z enantiomerně čistého (R)-[1,1’-binaftalen]-2,2‘-diolu (1), který byl pětikrokovou syntetickou cestou (Schéma 1) převeden na přemostěný bis(triethoxysilan) 3. Látka 3 bude dále využita pro přípravu hybridních organokřemičitých materiálů, které by měly sloužit jako katalyzátory enantioselektivních reakcí.

Hybridní organicko-anorganické křemičité materiály nalézají využití jako heterogenní katalyzátory enantioselektivních reakcí. Náplní této práce je syntéza bis(triethoxysilanových) prekursorů 1 a 2, ze kterých byly následně připraveny přemostěné organokřemičité materiály. Z prekursoru 1 s ftalazinovou spojkou byl syntetizován kompaktní hybridní materiál a materiál ve formě nanokuliček. Oba typy katalyzátorů byly využity při enantioselektivní Sharplessově dihydroxylaci aromatických a alifatických alkenů. Výsledky provedených dihydroxylací byly porovnány s katalyzátory na bázi cinchoninu a s homogenními chininovými katalyzátory.  

Calixareny jsou makrocyklické molekuly, jejichž deriváty tvoří důležitou součást supramolekulární chemie. Vedle klasických calixarenů, ve kterých jsou fenolová jádra spojena methylenovou spojkou, a  thiacalixarenů, propojených atomy síry, byl připraven calix[4]aren, ve kterém byly nahrazeny sírou dva protější methylenové můstky. Na tomto, tzv. smíšeném calixarenu, byl pozorován přesmyk disiloxanového můstku, spojujícího dvě vedlejší jádra. Cílem této práce je ověřit, zda k podobnému přesmyku dochází i na obyčejném calixarenu. Abychom byli schopni přesmyk rozpoznat, je nutné připravit calix[4]areny s dvěma substituenty navázanými na horním okraji v distální nebo v proximální poloze, na které bude následně navázán disiloxanový můstek. Tato práce se proto zabývá syntézou p-dibromcalix[4]arenů a její optimalizací.

Železo sa vyskytuje v bunkách cicavcov za fyziologických podmienok prevažne v nerozpustnej forme viazané na proteíny, ako je transferín a laktoferín. Baktérie produkujú malé molekuly nazývané siderofóry, ktoré umožňujú baktériám získavať dostatočné množstvo iónov železa pre vlastné prežitie v prostredí s nedostatkom železa. Bolo ukázané, že pripojenie siderofóru k antibakteriálnej zlúčenine výrazne zvyšuje prestup tohto liečiva do bakteriálnej bunky. Prezentácia bude pojednávať o proliečivách, siderofóroch a taktiež o príprave aduktov siderofórov pre ich následnú aplikáciu vo vývoji nových antibakteriálnych látok.

Psychické nemoci, jako klinická deprese nebo posttraumatická stresová porucha (PTSD), se poslední dobou objevují v populaci častěji než kdy dřív. Mezi léčiva používaná pro léčbu těchto poruch patří například inhibitory zpětného vychytávání serotoninu (SSRI) a inhibitory monoaminooxidázy (MAOI), které se však často potýkají s řadou nežádoucích vedlejších účinků. Mezi potenciální psychofarmaka patří také látky užívané jakožto rekreační drogy, jako je MDMA, ketamin, THC, psilocybin a mnoho dalších. Terapeutické užívání těchto látek však často naráží, kromě nežádoucích vedlejších účinků, také na problémy s legislativou. Značná část výzkumu se proto v dnešní době soustředí na hledání nových analog těchto psychoaktivních látek se snahou zmírnit jejich nežádoucí účinky. V této práci se věnuji syntéze látek s potenciálním psychofarmakologickým využitím. Jde o analoga MDMA na bázi azulenu, syntetické deriváty ibogainu a kanabinoidy. Připravené látky budou sloužit pro in-vitro a in-vivo výzkum jejich farmakologických vlastností.  

Kapalné krystaly představují unikátní stav hmoty, jejíž vlastnosti se nachází na pomezí pevné a kapalné fáze. Jsou schopny reagovat na vnější podněty, jako jsou světlo, magnetické či elektrické pole, a díky tomu nachází uplatnění v širokém spektru aplikací zahrnujících jak optické displeje, tak řízené uvolňování léčiv v organismu. Cílem mé práce je syntéza lomených kapalných krystalů (Ia-c, IIa-c) s využitím 3-fluor-5-hydroxybenzoové kyseliny jako centrálního jádra. U cílových achirálních lomených mesogenů budeme studovat vliv délky alkylových řetězců, počtu esterových spojek a přítomnosti fotosenzitivní azoskupiny v postranních ramenech na mezomorfní chování, především vznik nematické fáze a makroskopicky chirální smektické fáze.  

Polyfenoly jsou sloučeniny s potenciální biologickou aktivitou, a proto jsou předmětem studia ve farmacii. Mnohé studie popisují využití polyfenolů při léčbě kardiovaskulárních a onkologických onemocnění nebo jejich protizánětlivé účinky, proto se ve své práci zabývám přípravou polyfenolů Buchwaldovou-Hartwigovou reakcí s použitím 4-hydroxypyridinu (1) jako nového hydroxylačního činidla. Lze předpokládat, že za podmínek Buchwaldovy-Hartwigovy reakce bude 4-hydroxypridin (1) vystupovat jako ambidentní nukleofil, který v závislosti na reakčních podmínkách umožní vznik produktů N- nebo O-arylace (2) a (3). Hlavním předmětem mé práce je studium vlivu reakčních podmínek na průběh Buchwaldovy-Hartwigovy reakce s cílem maximalizovat tvorbu polyfenolů (4).  

2,6-disubstituované anthraceny představují prekurzory chirálních triptycenů, které mohou sloužit jako stavební bloky chirálních imidazoliových či dihydroimidazoliových solí. Z nich připravené NHC ligandy bude možné využít pro syntézu komplexů přechodných kovů či nukleofilních fluoračních činidel.   Cílem mé práce je využít sérii 2,6-disubstituovaných anthracenů 1 pro syntézu 9-nitroanthracenů 2 a jejich reakcí s benzynem, generovaným in-situ, pak připravit triptyceny 3. Po redukci nitroskupiny na aminoskupinu budou tyto aminy využity k syntéze imidazoliových a dihydroimidazoliových solí 4.   

Calix[4]areny a calix[5]areny jsou známy ve 4 konformacích: kónické, částečně kónické, 1,2-střídavé a 1,3-střídavé. Calix[4]areny mohou být zafixovány v jedné z konformací při zavedení alespoň propylového zbytku na jejich dolní okraj; zafixování calix[5]arenů vyžaduje přítomnost stericky náročných substituentů jak na horním, tak na dolním okraji. V této práci jsem se věnoval konformační stabilizaci calix[4]arenů a calix[5]arenů. V případě calix[4]arenů jsem vycházel z konformačně nestabilního methoxysubstituovaného calix[4]arenu, který jsem derivatizoval v meta-poloze a následně podrobil Bischler-Napieralského reakci s cílem dosáhnout konformační stability přemostěním horního okraje. Konformačně stabilní calix[5]aren se podařilo připravit, bohužel ale s velmi nízkým výtěžkem.

Deriváty izoalloxazinu (flaviny) jsou biologicky významné látky. Flavinmononukleotid (FMN) je významným kofaktorem oxidoreduktáz. Je schopný jednoelektronové a dvouelektronové redukce, což z něj dělá důležitou součást biochemických procesů. Cílem této práce je připravit flavinmononukleotid methylovaný v poloze 3 za účelem zabránění případné enolizaci. Získaná sloučenina bude následně využita k testování mechanismu působení enzymů. Výchozí látkou byl komerčně dostupný riboflavin, který byl nejprve acetylován, aby se ochránily volné hydroxylové skupiny. Následně byla provedena methylace a odstranění chránicích acetylových skupin.

DC-SIGN is a carbohydrate-binding receptor involved in a number of vital physiological processes. Since this receptor is one of the first entities interacting with pathogens, its inhibition could be beneficial for treating various diseases (HIV/AIDS, Hepatitis C). DC-SIGN has a significant affinity for mannose but due to the shallowness of the respective binding site, it is necessary to modify the compound to improve its affinity for the receptor. A recent study identified biphenyl mannoside 1 as a promising DC-SIGN inhibitor with ten times higher affinity than mannose and an interesting binding mode employing secondary binding sites. Computational analysis revealed additional binding pocket within the binding site which could be exploited to further improve the binding affinity of biphenyl mannosides. Therefore, our goal is to introduce five-membered heterocyclic rings in position 2 of the biphenyl. Apart from studying the full mannosides mentioned above, a structure–affinity relationship study will be executed with mannosides bearing only substructures of the aryl-biphenyl moiety in order to evaluate their role. Therefore, my goal is to synthesize a library of mannosides and evaluate which structural features are necessary to improve their affinity for DC-SIGN.  

Nové psychoaktivní látky (NPS), se objevují na černém trhu jako legální alternativa zákonem zakázaných látek. Na základě struktury se NPS rozlišují do několika skupin (např. fenethylaminy, fenylcyklidiny, kanabinoidy). Mezi fenethylaminy patří i látky typu NBOH i NBOMe, tedy 4-substituované N-(2‘-hydroxybenzyl)-2,5-dimethoxy fenethylaminy, které se na černém trhu začaly objevovat od roku 2015. NBOH však mohou způsobit řadu nežádoucích účinků, jako jsou hypertermie, bolest hlavy a tachykardie. V krajním případě může nastat i smrt. Vzhledem k tomu, že se jedná o poměrně novou látku, není o ní v současné době mnoho studií k dispozici. Obzvláště znalost metabolismu může být pro identifikaci parentní látky klíčová.Tato práce se zabývá designem a syntézou předpokládaných metabolitů 25E-NBOH, které budou sloužit jako analytické standardy. Doposud byly vícekrokovou syntézou s dobrými výtěžky připraveny 2 navržené metabolity, které byly charakterizovány pomocí NMR spektroskopie. V rámci práce budou připraveny další metabolity, například s hydroxyskupinou na hydroxybenzylové části, nebo  O-demethylované na fenethylaminové části. Jednotlivé metabolity budou dále použity jako analytické standardy pro metabolické a farmakokinetické studie ve spolupráci s Národním ústavem duševního zdraví.

Deazaflaviny patří k látkám s velmi nízkým redoxním potenciálem. Díky této vlastnosti mohou být, na rozdíl od flavinů s vyšším redoxním potenciálem, využity i u reakcí, které pro svůj průběh vyžadují silné redukční podmínky (např. dehalogenace arylhalogenidů). Reaktivní částicí vystupující v redukčních reakcí je radikál deazaflavinu ve své excitované formě. Pro přípravu této formy se využívá mechanismu con-PET, jehož kroky sestávají z redukce pomocí donoru elektronů (např. DIPEA) a následné excitace viditelným světlem. Tato práce je zaměřena na přípravu radikálu v excitovaném stavu pomocí podobného mechanismu a otestování vlastností radikálu v redoxních dějích. Pro přípravu semichinonu v excitované formě je namísto donoru elektronů použit elektrický potenciál a následná excitace viditelným světlem.

Dendrimery jsou vysoce organizované oligomerní struktury, které hrají důležitou roli v nanotechnologii, farmaceutické a medicinální chemii. Cílem mého výzkumu je syntéza základních derivátů calix[4]arenu v kónické konformaci, které by vhodnou substitucí horního nebo dolního okraje calix[4]arenového kruhu bylo možné přeměnit v ideální jádro dendrimerní struktury, a dále následná syntéza první generace dendrimeru, která spočívá ve výstavbě od jádra k periferii. V mém případě se jedná o Michaelovu adici aminoderivátu na methyl-akrylát, následnou aminolýzu esterových funkcí ethylendiaminem za vzniku odpovídajících N-(2-aminoethyl)amidů. Posledním krokem by měla být reakce terminálních aminoskupin s isokyanáty za vniku močovin na periferii, takže výsledný dendrimer by měl být využit jako receptor aniontů.  

1,2-Disubstituované fenylen-močovinové makrocykly jsou poměrně novou skupinou vysoce symetrických neutrálních látek, které díky své schopnosti komplexovat anionty nacházejí uplatnění v oblasti supramolekulární chemie. Základní skelet těchto makrocyklů je tvořen čtyřmi benzenovými jádry, která jsou vzájemně propojena čtyřmi močovinovými jednotkami. V rámci této práce byl proveden pokus o zopakování již publikované syntézy fenylen-močovinového makrocyklu. Syntéza byla provedena s malými odchylkami od publikovaného postupu a požadovaný makrocyklus se podařilo úspěšně připravit. Dále byl analogickou cestou úspěšně připraven nový makrocyklus, který má na každém benzenovém jádře základního skeletu navázány dvě butoxy skupiny. Pro tuto látku byla provedena také kvalitativní zkouška komplexačních vlastností pomocí ¹H NMR měření. Kromě viditelných posunů signálů v ¹H NMR spektrech došlo po přídavku roztoků jednotlivých aniontů k roztoku makrocyklu také k barevným změnám. Další využití těchto makrocyklů bude diskutováno.   

Projekt se zabývá přípravou a využitím hybridního organicko-anorganického křemičitého materiálu při heterogenní enantioselektivní katalýze. Cílem práce byla syntéza bis(triethoxysilanového) prekurzoru na bázi derivátu cinchoninu, ze kterého byly následně připraveny dva hybridní materiály. Katalytické vlastnosti těchto materiálů byly otestovány na enantioselektivních chlorolaktonizačních reakcích třech různých 4-arylpent-4-enových kyselin (Schéma 1). Nejlepšího výsledku bylo dosaženo u chlorolaktonizace 4-fenylpent-4-enové kyseliny katalyzované materiálem M2, kde byl výsledný lakton získán ve výtěžku 39 % a 70 % ee. Dle dostupných informací se jedná o první heterogenní katalyzátory enantioselektivní chlorolaktonizace.  

Organické sloučeniny obsahující jeden nebo více atomů fluoru hrají důležitou roli jak v organické chemii, tak i ve farmaceutickém průmyslu. Mezi nejpoužívanější fluorační činidla patří tetrabutylamonium-fluorid (TBAF), jeho nevýhodou je však značná bazicita fluoridového aniontu, která vede ke vzniku vedlejších eliminačních produktů a rozkladu činidla na tetrabutylamonium-hydrogendifluorid. Méně bazickým činidlem je tetrabutylamonium-trifenyldifluorsilikát (TBAT), který poskytuje převážně produkty substituce a k výše uvedenému rozkladu nedochází. Cílem mé práce byla příprava nových fluoračních činidel 2 a 3, derivátů TBAF a TBAT, které neobsahují nestabilní butylové skupiny. Trimethylamonium-fluoridy 2 jsem připravil reakcí primárních aminů 1 s přebytkem methyljodidu, následovanou výměnou jodidového aniontu za anion fluoridový působením fluoridu stříbrného. Reakce fluoridů 2 s trifenylfluorsilanem pak vedla ke vzniku série difluorsilikátů 3. V další části práce jsem se zabýval studiem reaktivity připravených fluoračních činidel s modelovými primárními a sekundárními alkylbromidy a alkyl-mesyláty. Sledoval jsem dosaženou konverzi a poměr produktů substituce a eliminace.  

N,N-Dimethylformamid (DMF) je důležité průmyslové rozpouštědlo používané zejména při výrobě plastů, které se snadno vstřebává do organismu vdechováním nebo při kontaktu s pokožkou. DMF je pak z části metabolicky aktivován na methylisokyanát (MIC), elektrofilní metabolit schopný vázat se na nukleofilní centra v proteinech a v nukleových kyselinách. Pro toxikologické studie tvorby a štěpení aduktů odvozených od DMF s krevními proteiny jsou proto potřebné N-methylkarbamoylované aminokyseliny jako analytické standardy. Cílem této práce bylo vypracovat syntetickou metodu využívající N-sukcinimidyl-N-methylkarbamát (SNMC) nebo N,S-dimethylthiokarbamát (DMTC) jako methylkarbamoylační činidla namísto vysoce nebezpečného MIC. Reakcí těchto látek s příslušnými aminokyselinami, konkrétně s valinem, N_α-chráněným lysinem, N_α-acetyllysinem, leucinem, prolinem a methioninem v boraxovém pufru, byly získány odpovídající N-methylkarbamoyl deriváty v uspokojivých výtěžcích. V prezentaci bude diskutována volba reakčních podmínek a metody zpracování jednotlivých karbamoylovaných aminokyselin.  

Derivatizace horního okraje thiacalix[4]arenů probíhá ve většině případů přednostně do para-polohy vůči propylovým skupinám navázaným na benzenovém jádře. O to zajímavější je jednokrokové zavedení různých derivátů do meta-polohy thiacalix[4]arenu za vzniku inherentně chirálních látek. Takovouto substituci na derivátech obsahujících síru namísto methylenových spojek umožňuje například ortho - lithiační reakce. Cílem této práce je pokus o provedení ortho - lithiace na 1,3 – střídavé konformaci a optimalizace této reakce. Zavedení například aldehydové skupiny či karboxylové kyseliny do meta-polohy thiacalix[4]arenu by mohlo poskytnout atraktivní intermediáty pro další syntézy a následnou přípravu inherentně chirálních receptorů.

Práce se zabývá přípravou enantiomerně čistých derivátů (1S,2S)-cyklohexan-1,2-diaminu. Struktura tohoto diaminu se velmi často objevuje v katalyzátorech různých enantioselektivních reakcí.¹ Zabudování tohoto strukturního bloku do křemičité sítě by poskytlo heterogenní, snadno recyklovatelný katalyzátor. Jednou z variant přípravy organokřemičitých materiálů je jejich syntéza z bis(trialkoxysilanů). Při přípravě bis(triethoxysilanu) 1 (schéma 1) se vycházelo z cyklohexa-1,4-dienu (2), ze kterého byl několikakrokovou syntézou získán enantiomerně čistý (1R,2R)-cyklohex-4-en-1,2-diol (3). Dalšími reakcemi byl připraven enantiomerně čistý diazido-diol 4 a následně intermediát 5. Na tento intermediát byly pomocí alkyn-azid cykloadiční reakce v bezvodém prostředí zavedeny triethoxysilanové funkční skupiny.  Literatura: 1)  a) Catalysts, 2021, 11, 41; b) New J. Chem., 2018, 42, 11896-11904.  

Substráty obsahující allylové uskupení lze využít pro zkoumání reaktivity nukleofilních fluoračních činidel. Dvojná vazba allylového systému 1 umožňuje kromě klasické nukleofilní substituce S_N2 také nukleofilní substituci s allylovým přesmykem (S_N2'), při níž dochází k posunu dvojné vazby a vzniku nového stereogenního centra. Stereoselektivní fluorace za vzniku rozvětveného allylfluoridu 3 je známá pouze za katalýzy palladiem nebo iridiem. Ve své práci jsem syntetizoval allylhalogenidy a allylalkoholy 1 pomocí Wittigovy nebo Wittigovy–Hornerovy reakce. Pro fluorace připravených allylderivátů jsem využil komerčně dostupná fluorační činidla, a to tetrabutylamonium-fluorid (TBAF) a tetrabutylamonium-trifenyldifluorsilikát (TBAT), přičemž jsem sledoval konverzi a poměr allylfluoridů 2 a 3.  

Pomyselným svätým grálom organickej syntézy je príprava zlúčenín so stereogennými centrami. Tieto opticky čisté látky sa využívajú napríklad vo farmaceutickom priemysle. Typickým zástupcom chirálnych látok sú amíny a ich deriváty, ktoré majú vysoké zastúpenie v liečivách a aj prírodných látkach. Preto je cieľom práce vypracovať stereoselektívnu prípravu chirálnych amínov 5 z komerčne dostupných prírodných aminokyselín 1. Navrhnutý postup prípravy chirálnych amínov vychádza z enantiomérov aminokyselín 1, ktoré sa redukciou prevedú na aminoalkoholy 2. Reakciou aminoalkoholu 2 s fenyl-dichlorfosfátom vzniká cyklický fosforamidát 3, ktorý obsahuje aktivovanú väzbu C-O. Príprava chirálnych amínov 5 bude dokončená reakciou cyklických fosforamidátov s aktivovanou C-O väzbou 3 s organokovovými činidlami, a následnou hydrolýzou fosforamidickej väzby.  Predpokladá sa, že takto docielime vznik amínu so zachovanou konfiguráciou pôvodnej aminokyseliny.  

Deriváty alloxazinu a isoalloxazinu (flaviny) jsou intenzivně zkoumány jako fotokatalyzátory v organických redoxních systémech, kde mohou představovat vhodnější alternativu ke klasickým oxidačním a redukčním činidlům. Katalyticky aktivní forma flavinu je generována excitací viditelným světlem. Připravil jsem elektronově chudý 10-butyl-3-methyl-7-trifluormethylisoalloxazin 1 a jeho kvarterní flaviniovou sůl 2. Látky jsem charakterizoval a otestoval jako katalyzátory oxidací vybraných substrátů kyslíkem. Flavin 1 poskytl při těchto reakcích slibné výsledky.^[1] Flaviniová sůl 2 se ukazuje jako problematická z hlediska stability. Za reakčních podmínek se rozkládá. [1] https://doi.org/10.1002/ejoc.201901628

Přepólování (umpolung) patří mezi základní strategie využívané v syntéze složitějších molekul. V posledních letech významně vzrostl zájem o organokatalytické metody přepólování. Z přírody je znám například umpolung nitroethanu prostřednictvím vazby na dusík v poloze 5 flavinadenindinukleotidu (FAD), který slouží jako prostetická skupina enzymu nitroalkan oxidasy. Tato skutečnost posloužila inspirací pro návrh možného uplatnění derivátů flavinu v organokatalytickém přepólování. Na flavin se obecně mohou vázat nabité, nenabité, měkké i tvrdé nukleofily. Významnou pro umpolung je poloha 5 flavinového skeletu, nicméně u některých nukleofilů, zejména tvrdých, jako je například hydroxidový anion, je známa vazba do polohy 10a. V minulosti byla popsána například organokatalytická Mitsunobuova reakce s využitím flaviniové soli prostřednictvím tvorby N(5)-aduktu s trifenylfosfinem. Cílem mé práce je studovat adici rozličných nukleofilů na deriváty flavinu pomocí kvantově‑chemických výpočtů a experimentálně v laboratoři, možnou reaktivitu vzniklých N(5)-aduktů a mechanismy těchto reakcí.

Disubstituované 1,3-fenylen-močovinové makrocykly jsou nová skupina symetrických neutrálních látek, které mají schopnost komplexovat nejrůznější ionty. Základní skelet je tvořen čtyřmi benzenovými jádry a ta jsou vzájemně propojena čtyřmi močovinovými jednotkami. Aromatická jádra mohou být derivatizována vhodnými substituenty. Cílem práce je syntéza dibutoxy substituovaného 1,3-fenylen-močovinového makrocyklu a porovnání jeho komplexačních vlastností s podobnými makrocykly připravenými v naší laboratoři. Diskutovány budou zejména optimalizace jednotlivých kroků postupné syntézy makrocyklu.  

Tato práce se zabývá přípravou sloučenin, které obsahují ve své struktuře dvojnou vazbu, a studiem jejich schopnosti měnit konfiguraci dvojné vazby (cis/trans) po dodání energie ve formě světla. Konkrétně se jedná o alkeny, azosloučeniny a acylhydrazony. Výše zmíněné alkeny a azosloučeniny obsahují aryly substituované především elektrondonorními skupinami a zmíněné acylhydrazony obsahující rozdílné aromatické systémy. Při přípravě substituovaných alkenů bylo mj. využito Wittigovy reakce a Suzukiho couplingu. V syntéze substituovaných azosloučenin byla využita diazotace a následný azo-coupling nebo redukce substituovaných nitrobenzenů. Acylhydrazony se připravovaly reakcí hydrazidů s aldehydem. Tímto způsobem připravené alkeny/azosloučeniny/acylhydrazony lze pak využít jako syntetické světelné spínače, které se teprve v nedávné době začaly uplatňovat v oblasti biologie, farmakologie a medicíně. Využitelnost zmíněných sloučenin spočívá např. v ovlivnění uzavírání a otevírání iontových kanálů nebo je lze využít k povrchové modifikaci grafenu.

Allylaminy reprezentované obecnou strukturou 4 jsou důležité intermediáty v organické syntéze, ale jsou také asociovány s významnou biologickou aktivitou. Proto jsem v návaznosti na obtížnou dostupnost allylaminů 4vypracovala postup pro jejich divergentní přípravu z komerčně dostupného 1,3-dichloracetonu (1). Nejprve byl výchozí aceton 1 převeden Perkowovou reakcí na halovinyl-fosfát (2). Vinyl-fosfát 2 je reprezentativní zástupce dvojnásobně elektrofilního templátu, u kterého jsem úspěšně provedla substituci atomu chloru reakcí s aminy za vzniku fosfátu 3. U připraveného fosfátu 3 jsem následně prostudovala reaktivitu v Negishiho reakci.  

Práce se zabývá přípravou a studiem komplexačních vlastností derivátů calixarenu substituovaných aminokyselinami nebo močovinami, které jsou schopny vytvářet vodíkové můstky. Tyto látky pomocí vodíkových můstků dimerizují a vzniklé dimery lze následně použít pro enkapsulaci malých molekul, například paracetamolu. Vodíkové můstky se také využívají pro komplexaci aniontů a tyto vlastnosti budeme zkoumat pomocí 1H NMR titrací, a to s použitím odlišných velikostí kavit calixarenů a také rozdílných peptidových nebo močovinových substituentů na jejich horním okraji.  

Katenany jsou supramolekuly, obsahující alespoň dva makrocykly topologicky uzavřené do sebe. Jako výchozí struktura je uvažován katenan, získaný pomocí templátové syntézy, obsahující jednomocnou měď, která zaručuje správnou koordinaci dvojice 2,9-bifenyl-1,10-fenantrolinu. Působením mechanické síly na protilehlé konce katenanu dochází k deformaci makrocyklu a změnám v okolí centrálního atomu kovu, díky nimž lze katenan využít jako mechanochemický indikátor. Tato práce využívá metody výpočetní chemie k předpovězení vhodné struktury katenanu s ohledem na jeho mechanochemické vlastnosti. Pro tyto účely byly studovány tři varianty katenanu s rozdílnou délkou alifatických spojek při působení externí síly 0,1‒2,0 nN. Z nich se jako nejvhodnější jeví struktura obsahující 4 methylenové skupiny v alifatických spojkách. Byl studován také vliv záměny centrálního kovu Cu⁺ za Zn²⁺ a Cd²⁺, a srovnání katenanu s jeho neuzavřeným analogem. Katenan koordinující se k Cu⁺ jeví lepší spektroskopické vlastnosti než katenany koordinované k Zn²⁺ a Cd²⁺, a změna spekter oproti otevřenému analogu je výraznější.  

Při aldolové kondenzaci skořicového aldehydu s propanalem dochází ke vzniku 2-methyl-5-fenylpentan-1-olu, který se následně hydrogenuje na velmi ceněný a hlavně v parfumářském průmyslu používaný produkt – Rosaphen. Rosaphen patří do skupiny odorantů s květinovými tóny růže, jasmínu a konvalinky. Žádaný produkt syntézy je buď (R)-enantiomer, (S)-enantiomer, nebo racemát v závislosti na tom, jaké vůně chceme docílit. Tato práce se zabývá přípravou Rosaphenu s použitím heterogenních katalyzátorů na bázi hydrotalcitů, které jsou modifikovány různými kovy reprezentující hydrogenační složku. Tyto bifunkční katalyzátory mohou být následně využity pro „one-pot“ syntézu Rosaphenu, tedy pro oba zmiňované reakční kroky. Cílem práce je optimalizovat reakční podmínky aldolové kondenzace za použití bifunkčních katalyzátorů a studovat vliv typu kovu na průběh reakce.

Ibuprofen neboli (RS)-2-(4-isobutylfenyl)propanová kyselina je účinnou složkou volně prodejných nenarkotických analgetik, mezi které patří například Ibalgin®, Advil®, Nurofen®. Z hlediska chemické struktury se jedná o derivát 2‑arylpropanové kyseliny. Všechny 2-arylpropanové kyseliny mají chirální centrum a jsou důležitou skupinou nesteroidních protizánětlivých léčiv, která se distribuují buď jako racemická směs nebo jako čisté enantiomery. Ibuprofen je komerčně dostupný jako racemická směs. Studie však ukázaly, že protizánětlivá aktivita (S)-enantiomeru je stokrát vyšší než (R)-ibuprofenu. Modelovou látkou pro tuto práci byla zvolena kyselina 2-fenylakrylová. Hydrogenací této kyseliny lze připravit kyselinu 2‑fenylpropanovou, která má strukturu velmi podobnou ibuprofenu, a liší se pouze nepřítomností alkylového substituentu na benzenovém jádře. Cílem práce byla hydrogenace 2-fenylakrylové kyseliny na kyselinu 2-fenylpropanovou a studium vlivu reakčních podmínek (teplota, tlak, rozpouštědlo, katalyzátor) na selektivitu k žádané látce a rychlost reakce. Na základě získaných výsledků by měly být nalezeny optimální podmínky pro hydrogenaci kyseliny (RS)-2-(4-isobutylfenyl)propenové na (RS)-ibuprofen nebo na jeho aktivnější (S)-enantiomer.  

Velká část léčivých látek se díky své vysoké lipofilitě potýká s problémem špatné vodné rozpustnosti, která úzce souvisí s jejich špatnou biologickou dostupností. Tímto problémem se zabývá i tato práce, která navazuje na dříve prováděné experimenty, ve kterých bylo cílem zlepšení disolučních vlastností modelové lipofilní aktivní substance, kterou je meloxikam. Z dřívějších experimentů vyplývá, že podstatného zlepšení v disolučním chování lze dosáhnout využitím hydrofilního nosiče, na jehož částice jsou naneseny částice meloxikamu pomocí impregnace nosiče roztokem léčivé látky v těkavém organickém rozpouštědle. Tato práce studuje rozdíly v disolučním chování systémů sestávajících z hydrofilní matrice, na kterou byly nanášeny roztoky meloxikamu v těkavém organickém rozpouštědle. Hydrofilní matrice je v práci reprezentována tabletami z mikrokrystalické celulózy, u nichž lze dobře sledovat rychlost uvolňování léčivé látky z rovinného povrchu. Sledovanými parametry ovlivňující rychlost uvolňování meloxikamu byly koncentrace aplikovaného roztoku a také počet aplikačních cyklů roztoku. Práce má za cíl nalezení vhodného optima těchto parametrů vedoucího k maximalizaci rychlosti uvolňování meloxikamu z hydrofilní matrice.

Velmi malá rozpustnost léčivých látek je pro formulátory přetrvávajícím problémem. Vzhledem k tomu, že rozpouštění je následováno absorpcí léčiva, může být řešením i pouhé zvýšení rozpouštěcí rychlosti. Technologické způsoby zlepšení rychlosti se často zakládají na využití kompozitních materiálů, jejichž povrch je kromě účinné látky tvořen i látkou s rozdílnými vlastnostmi. Schopnost charakterizace povrchu je tak jedním ze způsobů, jak přispět k pochopení této problematiky, a ve svém důsledku tak přispět i ke zlepšení biologické dostupnosti léčiv. Cílem této práce je proto studium interakce kapaliny na povrchu binárních formulací, zejména měřením povrchové energie a porovnáním těchto dat s výsledky disolučních testů. Studiemi na modelové látce naproxenu bylo potvrzeno, že existuje korelace mezi smáčivostí a mírou zaplnění povrchu kompozitního materiálu a dále také, že heterogenita a vlastnosti povrchu mají vliv na rychlost rozpouštění. Dalšími kroky výzkumu je provedení testů na meloxicamu, tedy na látce s obdobnými chemicko-fyzikálními vlastnostmi, čímž by bylo možné potvrdit obecné využití metod pro látky se známými povrchovými vlastnostmi. V širším kontextu je poté cílem dalších testů návrh optimální struktury z hlediska kompromisu mezi smáčivostí a obsahem léčiva.

Léčiva ve formě tablet, obsahující ibuprofen jako účinnou látku, patří mezi nejmasověji vyráběná. Při běžném procesu lisování tablet ibuprofenu se před vlastním lisováním provádí vlhká granulace směsi. Farmaceutické firmy se snaží přecházet na přímé lisování, které vlhkou granulaci nezahrnuje a slibuje tak výrazné ekonomické benefity. Tato práce se zabývá přímým lisováním binárních směsí s vysokým obsahem ibuprofenu a hodnocením vlastností z nich vylisovaných tablet. Byl studován vliv obsahu ibuprofenu a použitého excipientu, a to 3 typů laktóz a 2 mikrokrystalických celulóz (MCC). Hlavními sledovanými parametry bylo ejekční napětí (σ_E), tedy snadnost vysunutí tablety z matrice, a pevnost tablety (T_s). Pro lisování byl využit kompaktační analyzátor Gamlen GTP-1, který umožňuje vyhodnotit i studované σ_E. Pro měření T_s se použil přístroj Sotax Multitest 50. Z výsledků bylo zjištěno, že na oba studované parametry má vliv množství ibuprofenu. V případě σ_E je důležitým atributem i tendence excipientu k radiální relaxaci. Ta byla výraznější u směsí s laktózami a vedla k horší ejekci jejich tablet. T_s byla naopak dána deformačním chováním částic excipientu, kdy laktózy podléhají fragmentaci, zatímco MCC spíše plastické deformaci a poskytují vyšší pevnost tablet.

TiO₂ je široce využívaný fotokatalyzátor indukující oxidační a redukční reakce na svém povrchu, čehož lze využít například při odbourávání organických polutantů v odpadní vodě. Zaměřením této práce byl vývoj a optimalizace pracovního režimu fotokatalytického reaktoru při modelové reakci fotodegradace methyloranže s využitím komerčního katalyzátoru TiO₂. Jelikož samotné sledování úbytku koncentrace může být ovlivněno makrokinetickými jevy, bylo nutné nalézt optimální procesní podmínky studovaného fotoreaktoru. Dalším tématem práce byla vhodná adjustace zpracování reakční směsi pro přesné a rychlé vyhodnocení úbytku koncentrace sledované látky a to hlavně, vzhledem k povaze katalyzátoru, který tvoří v roztoku jemnou disperzi. 

Melatonin je obecně známý jako hormon spánku, v současné době však narůstá zájem o jeho další přednosti. Jedná se o silný antioxidant, snižuje hladinu kortizonu, stimuluje imunitní systém a potlačuje růst nádorů. Díky těmto vlastnostem má stále vetší potenciál ve farmaceutickém průmyslu. V současnosti se klade velký důraz na jeho zpracování do lékové formy, která bude vykazovat co nejméně nežádoucích účinků. Efektivním způsobem se ukázaly být nanočástice jako nosiče léčiva, které zajišťují požadovaný lokální účinek, aniž by se poškodily buňky kožní a tukové tkáně. Tato práce se zabývala přípravou lipidových nanočástic právě s melatoninem a optimalizací jejich složení. V první části byl sledován vliv množství léčiva na stabilitu systémů. Druhá část byla zaměřena na optimalizaci složení. Cílem byla vybrat stabilní nanosystémy s co nejlepší vlastní enkapsulací léčiva. V neposlední řadě proběhly permeační experimenty a nanočástice tak byly testovány z hlediska efektivity.

Kožním podáním léčiv lze obejít mnoho nežádoucích účinků, které se objevují při jiných typech podání. Nedráždí trávicí trakt, nedochází k metabolizaci léčiva v játrech brzy po podání a navíc je komfortní pro pacienta. Bohužel mnoho léčiv se špatně absorbuje přes kožní bariéru, proto je nutné transport léčiv podpořit dalšími prostředky. Jedou z metod, jak lze napomoci transportu léčiva kůží, je použití lipidových nanočástic. V naší laboratoři používáme lipidové nanotobolky, které mají vnitřek zcela tvořený kapalnou lipidovou fází, a jejich povrch je stabilizován tenzidy. Jiným přístupem k podpoření absorpce léčiv je použití urychlovačů, které dočasně rozruší kožní bariéru a umožní tak proniknutí léčiva. Mezi urychlovače patří také olej isopropylmyristát, který je hlavním předmětem této práce. Cílem práce bylo připravit lipidové nanotobolky obsahující isopropylmyristát namísto standardních olejů. Byly sledovány základní vlastnosti částic (velikost, polydisperzita a stabilita) a zároveň byl stanoven jejich vliv na permeaci léčiva kůží. Bylo zjištěno, že částice s obsahem isopropylmyristátu skutečně podporují a urychlují průstup léčiva kůží oproti volnému léčivu, i oproti standardním lipidovým nanotobolkám, kde byl použit olej bez urychlovacích účinků.  

Tato práce se zabývá porovnáním katalytické aktivity disulfidů přechodných kovů při hydrodesulfuraci benzothiofenu v heptanu. Zvláštní pozornost je věnována efektu exfoliace disulfidů a jeho vlivu na hydrodesulfurační reakce. Při exfoliaci dochází k rozdělení jednotlivých vrstev sulfidické struktury, a tím dochází k několikanásobnému nárůstu měrného povrchu. K prozkoumání tohoto efektu byla provedena série experimentů k porovnání katalytické aktivity mezi bulkovými (ne-exfoliovanými) a exfoliovanými disulfidy, které v reakční směsi sloužily jako katalyzátory. Dále byl studován vliv teploty a vliv složení katalyzátoru na provedené reakce, přičemž byly použity katalyzátory: MoS₂, WS₂ a jejich směsi Mo:W v molárních poměrech 1:1, 1:3 a 3:1. Ze získaných výsledků provedených experimentů vyplývá, že exfoliované katalyzátory, vzhledem k většímu měrnému povrchu a snadněji dostupným sirným vakancím ve struktuře disulfidu, katalyzují hydrodesulfurační reakce lépe.  

Rychlost rozpouštění léčivé látky je důležitý parametr při registraci nového léčivého přípravku. U jednotlivých šarží léčivých látek nesmí docházet k výrazným odchylkám v jejich rychlostech rozpouštění. Z provedených zkoušek disoluce dvou rozdílných šarží špatně rozpustné léčivé látky ezetimibu bylo zjištěno, že se jednotlivé šarže ezetimibu liší, neboť dochází k jejich rozpouštění různými rychlostmi. Cílem této práce tedy je odhalení příčiny odlišného disolučního chování jednotlivých šarží ezetimibu a jejich kombinací s pomocnými látkami. Přičemž pro práci byly vytipovány dvě pomocné látky (Avicel PH101 a laktóza 200 mesh), které jsou součástí výsledného léčivého přípravku spolu s ezetimibem, a které by také mohly ovlivňovat jeho disoluční chování. Nejprve byla provedena fyzikálně-chemická charakterizace obou šarží léčivé látky, aby bylo ověřeno, že šarže obsahují stejné polymorfy a disponují stejně velkými povrchy. V další části práce byla pozornost věnována pomocným látkám.

U pacientů trpících různými typy nemocí souvisejících s defektem kožní bariéry je možné k její obnově využít nanočástice složené z lipidů přirozeně se vyskytujících v kůži. Zároveň lze do lipidových částic zapouzdřit léčivo, které cílí na zánětlivá ložiska. Tímto způsobem je možné zvýšit akumulaci léčiva v kůži a současně potlačit jeho lokální i systémové nežádoucí účinky, které se často objevují u komerčně používaných léčivých přípravků. Cílem našeho výzkumu je vyvinout stabilní kombinovaný systém ceramidových lipozomů (cerozomů), které prokazatelně obnovují kožní bariéru, a lipidových nanotobolek (LNC), do kterých je možné zapouzdřit velké množství léčiva. Jako protizánětlivá léčivá látka byl zvolen hydrokortizon, jakožto základní zástupce kortikosteroidů. V první fázi práce byly vyvíjeny samostatné formulace cerozomů a LNC s cílem dosáhnout co nejvyššího obsahu léčiva. U stabilních systémů byla dále pomocí kapalinové chromatografie zjišťována enkapsulační účinnost, tedy množství léčiva úspěšně zapouzdřeného do částic. Nejlepší samostatné formulace byly dále využity pro vytvoření dvou typů kombinovaných systémů cerozomů a LNC, jež byly následně podrobeny permeačním testům ke zjištění míry akumulace léčiva v kůži a  jejich vlivu na obnovu poškozené kožní bariéry.

Tezakaftor patří mezi léčiva, která se v různých kombinacích používají pro léčbu cystické fibrózy. Struktura tezakaftoru se skládá z karboxylového a aminového fragmentu. Tato práce se zabývá optimalizací syntézy karboxylového fragmentu, a to konkrétně prvního z celkem šesti kroků. Prvním krokem je tvorba methylesteru z výchozí kyseliny 3,4-dimethoxyfenyloctové, kterým se ochrání karboxylová skupina před následnými reakcemi. Methylester byl připraven několika způsoby. Prvním z nich byla Steglichova esterifikace, která jako kondenzační činidlo využívá N,N′-dicyklohexylkarbodiimid v kombinaci s  4-dimethylaminopyridinem, který slouží jako katalyzátor. Jako kondenzační činidlo byl dále použit 1,1'-karbonyldiimidazol. Tyto reakce se neosvědčily z důvodu obtížnější separace reakční směsi. Druhou možností je využití bazicky katalyzované methylace kyseliny  3,4-dimethoxyfenyloctové pomocí CH₃I, která probíhala ekvivalentně. Třetím způsobem je využití kysele katalyzované Fischerovy esterifikace, ke které byly využity tři katalyzátory: H₂SO₄, kyselina p-toluensulfonová a H₃PO₄. U těchto reakcí byl studován vliv množství katalyzátoru a teploty. Dále byly porovnávány konverze a časy potřebné k jejich dosažení. Nejlepší výsledky poskytovaly reakce katalyzované H₂SO_4.      

V procesu přímého lisování je důležité, aby vstupní směs byla dostatečně homogenní. Většinově používané rotační mísíce, i přes řadu svých výhod, nejsou příliš efektivní v rozrušování agregátů kohezních látek, a proto se používají vícekrokové mísící strategie, v nichž jsou zahrnuty kroky sítování a kroky mísení. V rámci této práce bylo připraveno několik směsí API se směsí excipientů (placeba) za použití procesů s rozdílným počtem jednotlivých kroků. U připravených směsí byla stanovena homogenita z hodnot variačních koeficientů. Náročnost přípravy směsi byla popsána indexem procesní náročnosti, který kvantitativně hodnotí časovou náročnost daného mísícího procesu. Ukazatele homogenity směsi a náročnosti procesu slouží k určení vhodnosti použitého mísícího procesu při přípravě tablet přímým lisováním. Vyhovujícím procesem k přípravě zkoumané směsi se ukázal proces zahrnující pouze jeden sítovací krok a dva mísící. Tento proces představuje výrazné zjednodušení oproti průmyslově používaným procesům a jeho zavedení by mohlo představovat významnou úsporu času a energie. Použití navrženého optimalizačního postupu by mohlo výrazně zefektivnit výrobní procesy zejména ve fázi jejich vývoje a registrace.  

Topické podání léčiv má řadu úskalí a to především kvůli odolné kožní bariéře. Tento fakt je  palivem pro výzkum systémů, které by mohly toto podání zefektivnit. Jedním z těchto systémů jsou i ethosomy, neboli ethanolové liposomy. Ethosomy jsou lipidová vezikula, která se skládají z vody, fosfolipidů a ethanolu. Předností těchto nosičů je přítomnost ethanolu, který napomáhá narušení organizace kožní lipidové dvojvrstvy, čímž dochází ke snadnějšímu průniku léčiva stratum corneum.  Cílem této práce je připravit stabilní nanočásticový ethosomální systém s modelovým léčivem diklofenakem. Diklofenak je, zejména v přípravcích pro topické podání, hojně využívám a proto je snahou konkurovat touto formulací komerčním přípravkům. Za účelem vybrat nejvhodnější formulaci byla použita kaskáda experimentů. V potaz byla brána stabilita částic, velikost částicových systémů a její vliv na stabilitu částic, zastoupení ethanolu a lipidové fáze. Nakonec byla testována efektivita těchto vezikulárních systémů pomocí permeačních experimentů.  

Baeyerovou-Villiegrovou (BV) oxidací myrtenalu vzniká 6,6-dimethyl-bicyklo[3,1,1]-hept-2-en-2-ol formiát. Ten může být následně hydrolyzován za vzniku nopinonu. Nopinon lze využít jako výchozí látku pro syntézu ligandů, terpenů a farmaceuticky aktivních látek. Nejčastěji se nopinon připravuje oxidací β-pinenu v přítomnosti KMnO₄. Cílem této práce byla optimalizace podmínek BV oxidace myrtenalu při použití heterogenních katalyzátorů a H₂O₂ jako oxidačního činidla. Výhodou použití peroxidu vodíku je vznik pouze jednoho vedlejšího produktu, vody. V rámci optimalizace podmínek reakce byl studován vliv rozpouštědla, byla zkoušena různá množství peroxidu vodíku či způsobu jeho dávkování do reakční směsi. Pro BV oxidaci myrtenalu byly použity katalyzátory hydrotalcitového typu modifikované cínem. Modifikace katalyzátorů byla provedena různým způsobem, směsným srážením či impregnací a sledován její vliv na průběh reakce.  

Odborná práce se zaměřuje na izomeraci velmi reaktivní molekuly β‑pinenoxidu, jejíž přeskupením vznikají významné látky používané především v potravinářském a vonném průmyslu. Zaměřuje se na vliv různých parametrů ovlivňujících samotný průběh reakce. Sledovanými parametry byla konverze β‑pinenoxidu a selektivita k M a P produktům. Mezi M produkty byly z identifikovaných produktů zařazen myrtanal a myrtenol. Mezi P produkty byly zahrnuty perillový alkohol, anthemol, isoperillový alkohol a 4-isopropyl-1,3-cyklohexadien-1-karbaldehyd. Bylo zjištěno, že volba rozpouštědla má výrazný vliv na zastoupení produktů izomerace β‑pinenoxidu. Reakcí vedenou při teplotě 140 °C v rozpouštědle DMSO s 10 hm. % katalyzátoru (7 hm. % CeO₂ β-38) bylo dosaženo konverze cca 90 % a selektivity k P produktům 84 %. V acetonitrilu jako jediném rozpouštědle probíhala reakce selektivněji k M produktům. Bylo zjištěno, že zvyšováním obsahu CeO₂ v katalyzátorech spíše dochází k poklesu aktivity, selektivita k P produktům ovlivněna nebyla. Opakované použití katalyzátoru po reakci je možné. Ve třech po sobě jsoucích cyklech nedošlo k poklesu aktivity ani snížení selektivity.  

Práce se zabývá optimalizací reakčních podmínek bazicky katalyzované aldolové kondenzace kamfolenického aldehydu s propanalem. Cíleným produktem je 2-methyl-4-(2,2,3-trimethylcyklopent-3-en-1-yl)but-2-enal, který nalézá využití především jako meziprodukt pro výrobu vonných látek typu santalového dřeva, jakými jsou například Santalinol či Brahmanol. Tyto látky se mohou připravit selektivní hydrogenací 2-methyl-4-(2,2,3-trimethylcyklopent-3-en-1-yl)but-2-enalu. Kromě ceněných vonných vlastností, byla u Brahmanolu také prokázána antimikrobiální účinnost s vysokou bezpečností a malým vlivem na střevní mikroflóru. Nejlepších výsledků (konverze kamfolenického aldehydu 92 % a 91% selektivity k žádanému produktu) bylo dosaženo při vedení reakce v polárním rozpouštědle (např. DMF), za refluxu propanalu, použití 36% roztoku NaOH v množství 40 mol. % ku kamfolenickému aldehydu jako katalyzátoru a při přebytku propanalu vůči kamfolenickému aldehydu.

Tato práce se zabývá stanovením binárních fázových diagramů v systémech ibuprofen – paracetamol a ibuprofen – kofein diferenční skenovací kalorimetrií. Metodou DSC byly v práci stanoveny teploty (tání a fázové transformace) a entalpie (tání a fázové transformace) pro čisté látky. Pro binární systémy byly změřeny eutektické teploty, teploty likvidu, teploty fázové transformace a hodnoty entalpie pro eutektikum a fázový přechod. Z experimentálních dat byly prostřednictvím programu FactSage vyhodnoceny parametry Redlichovy – Kisterovy rovnice, pomocí nichž byly vytvořeny fázové diagramy zkoumaných systémů. Ze získaných dat byl následně vypočten ternární fázový diagram pro systém ibuprofen – paracetamol – kofein, který byl ověřen experimentálním měřením.  

Systém BCS léčivé látky dělí dle biodostupnosti do čtyř skupin na základě permeability a rozpustnosti. Velká část nových, ale i mnoho již používaných léčivých látek, spadá do skupin II a IV – látky s nízkou rozpustností.  Biodostupnost léčivé látky lze zvýšit úpravou lékové formulace, ve které je podávána, nebo úpravou samotné léčivé látky. Vzhledem k tomu, že biodostupnost látek nutně nepředstavuje pouze ovlivnění permeability, ale i rozpustnosti či rozpouštěcí rychlosti, je cílem formulačních oddělení farmaceutických firem tyto parametry zlepšit.  Snížením velikosti částic se zvyšuje její specifický povrch, což může rozpouštěcí rychlost pozitivně ovlivnit. Jako modelová látka byl zvolen meloxicam, u kterého byla prostudována kinetika mletí mokrou cestou. Studie byla založena především na sledování distribucí velikostí částic v závislosti na době mletí, rychlosti otáček a složení mlecí směsi. Na základě získaných dat lze připravit mikrosuspenze o žádaných parametrech. Z těchto mikrosuspenzí budou dále vytvořeny nosičové systémy, které budou analyzovány, podrobeny disoluční zkoušce a porovnány s referenční léčivou formulací – nemletým meloxicamem.  

Oxid uhličitý hraje zásadní roli ve fotosyntéze a tím je nezbytný pro život všech organismů, zároveň se však jedná o hlavní složku podílející se na skleníkovém efektu a tím na globálním oteplování. Koncentrace CO₂ v ovzduší vlivem spalování fosilních paliv a procesu deforestrace neustále stoupá, proto roste i snaha využívat CO₂ coby surovinu pro další zpracování. Cykloadice CO₂ na epoxidy představuje jeden ze způsobů, jak redukovat množství CO₂ za vzniku průmyslově využitelných karbonátů. V rámci této práce byla studována cykloadice CO₂ na styrenoxid vedoucí k syntéze styrenkarbonátu, která byla prováděna za využití homogenních i heterogenních katalyzátorů. Homogenní katalyzátory (ethylpyridiniumbromid a benzylpyridiniumbromid) se k syntéze příliš neosvědčily, v důsledku vysoké nestability navíc docházelo k oddělování ethylbromidu a benzylbromidu od dusíkaté sloučeniny (pyridinu). V případě heterogenních katalyzátorů byly porovnávány pyridiniové soli chloru, bromu a jodu nanesené na nosič MCM-41. Za využití katalyzátoru MCM-Br-py bylo dosaženo nejvyšší relativní koncentrace styrenkarbonátu (85,6 rel. %), katalyzátor bylo též možné použít opakovaně bez výrazné ztráty aktivity. Dále bude studována možnost záměny pyridinu ve struktuře katalyzátoru za jiné dusíkaté sloučeniny.  

Práce se zabývá katalýzou cykloadiční karboxylace epoxidu, konkrétně styrenoxidu, na styrenkarbonát. Testovaným katalyzátorem bylo halogenované a pyridinem modifikované MCM-41 a v menší míře také alkyl a aryl pyridiniové soli, jmenovitě se jednalo o 1 – ethylpyridinium bromid a 1 – benzylpyridinium bromid. V práci je detailně popsaná příprava, postup povrchové modifikace MCM-41 a detailní charakterizace připravených materiálů. V rámci práce byly připraveny různé varianty modifikovaného MCM-41: chlorovaná, bromovaná a jodovaná verze, které sloužily jako zdroj halogenu pro vytvoření soli s pyridinem. Všechny připravené materiály byly otestovány s ohledem na jejich katalytickou aktivitu. Nejlepších výsledků, tzn. nejvyšší konverze, bylo dosaženo při použití jódu jako halogenu. Selektivita ke styrenkarbonátu byla ve všech případech 100 %. Nejvyššího výtěžku styrenkarbonátu bylo dosaženo při použití následujících podmínek: 120 °C, 1,2 MPa, 12,5 hm. % katalyzátoru MCM-I-py a rozpouštědlo NMP. Jedná se o první popsanou přípravu MCM-41 modifikovaného pyridiniovými ionty, které bylo použito pro přípravu styrenkarbonátu.

Molekulárne otlačené polyméry (MIP), tiež často označované ako syntetické receptory, sú látky so špecifickými rozpoznávacími miestami, ktoré sú komplementárne k cieľovej molekule . Pomocou týchto rozpoznávacích miest vykazujú vysokú selektivitu a afinitu k spätnému vychytávaniu cieľovej molekuly (templátu) z roztoku. MIP vykazujú mnoho výhod, ako sú napríklad stabilita aj pri vysokých teplotách, robustnosť alebo lacná a rýchla syntéza. Príprava MIPu je dvojkroková. V prvom kroku syntézy je vytvorený polymér z funkčného monoméru, odtlačovanej molekuly (templátu), sieťovacieho činidla a iniciátora. Druhý krok spočíva v odstránení templátu pomocou extrakčného činidla. Cieľom práce je optimalizácia prípravy MIP-u s použitím alaninu ako templátovej molekuly. Následne vývoj vhodnej analytickej metódy (HPLC/MS) pre detekciu alaninu, ktorý bude pomocou MIPov vychytávaný z rôznych biologických matríc.  

Výzkum Pt(IV) komplexů jako proléčiv je dnes jednou z hlavních strategií pro optimalizaci léčby nádorových onemocnění. Doposud klinicky využívaná Pt(II) cytostatika jsou strukturní analoga cisplatiny (Obr. 1 A), prvního schváleného léčiva tohoto typu. Tato chemoterapeutika jsou velice reaktivní a vedle vysoké účinnosti s sebou přináší mnohé nežádoucí účinky způsobené jejich nízkou selektivitou pro nádorové buňky. Využití komplexů platiny v oxidačním stavu IV přináší, kromě snížení vedlejších účinků a zlepšení cytostatické aktivity, také možnost perorálního podání. Předmětem práce je tříkroková syntéza analog platinových cytostatik 4. generace (satraplatina, Obr. 1 B) a jejich následná charakterizace. Připravené komplexy (obecná struktura Obr. 1 C) se odlišují ligandy v axiální pozici, která je typická právě pro Pt(IV). Obměna ligandů vede k rozdílné lipofilitě a rozpustnosti ve vodě, např. objemný hydrofobní adamantylamin výrazně zvyšuje lipofilitu celého komplexu. Zvýšení lipofility vede ke snazšímu pronikání přes buněčné membrány a oxidační stav IV zajišťuje aktivaci komplexu až po vstupu do buňky. Obr. 1: Strukturní vzorce cisplatiny (A), satraplatiny (B) a obecný vzorec připravovaných komplexů (C)  

Aktivní uhlí má široké využití jako účinný adsorbent pro odstranění znečišťujících látek z odpadních plynů. Zajímavou alternativou ke konvenčně připraveným aktivním uhlím je mikrovlnná pyrolýza odpadních materiálů – biomasy, kávových slupek, kukuřice anebo také právě odpadních pneumatik. Aktivní uhlí byla připravena mikrovlnnou pyrolýzou odpadních pneumatik, tzn. termickým rozkladem v mikrovlnném poli bez přístupu oxidačního činila v jednom a dvou stupních bez/a s přídavkem aktivačního činidla (KOH). Dále byla testována a vypočítána sorpční kapacita xylenu z proudu vzduchu na připravených materiálech. Nejlepší texturní vlastnosti prokázaly vzorky jednostupňové pyrolýzy s KOH aktivací. Aktivací došlo ke zvýšení specifického povrchu a objemu mikropórů. Ostatní vzorky vykazovaly mezo-makroporézní strukturu s nízkým specifickým povrchem a nulovým objemem mikropórů. Ramanova spektroskopie prokázala poměr neuspořádané („disordered“) a grafitické („graphitic“) struktury srovnatelný. Výsledky sorpčních experimentů korelují s výsledky texturní analýzy – největší sorpční kapacitu vykazují vzorky jednostupňové pyrolýzy s aktivací. Adsorpční kapacita připravených aktivních uhlí tedy závisí na texturních a strukturních vlastnostech.  

Poly(ε-kaprolakton) je biokompatibilní a biodegradovatelný polymer, který je vzhledem ke svým vlastnostem využíván v řadě medicinálních aplikací. Mezi nejdůležitější patří cílený transport léčiv a použití jako tzv. lešení pro růst tkání. Jeho nevýhodou je však dlouhá doba degradace, která je vyšší jak 1 rok a brání tak rozšíření jeho využití. Řešení tohoto problému se naskýtá v přípravě kopolymerů ε-kaprolaktonu s jinými monomery, které napomáhají ke snížení krystalinity či zvýšení hydrofility materiálu.   V této práci byla nejprve otestována iniciační aktivita iniciátoru na bázi biogenního kovu - bis(ε-kaprolaktamátu) vápenatého dispergovaného v γ-valerolaktonu. Iniciátor byl použit při polymeraci ε-kaprolaktonu a kopolymeraci ε-kaprolaktonu s γ-valerolaktonem při rozdílných podmínkách, které zahrnovaly teplotu, čas a koncentraci iniciátoru. Dále byla studována degradace homopolymerních a kopolymerních vzorků ε-kaprolaktonu s γ-valerolaktonem či γ-butyrolaktonem různé morfologie po dobu 2, 4 a 7 týdnů. Degradace probíhala v podmínkách, které napodobovaly prostředí lidského organismu.

Cílem této práce byla syntéza dimeru ε-kaprolaktonu (DCLO) a jeho následná aplikace v PVC směsích v roli změkčovadla. DCLO byl připraven polymerací ε-kaprolaktonu a následnou depolymerací vzniklého poly(ε‑kaprolaktonu). K syntéze byly využity iniciátory ethylmagnesium bromid a propoxid titaničitý. Získaný DCLO byl využit při přípravě PVC blendů, u kterých byly sledovány termické vlastnosti. Blendy byly připraveny extruzí. Přidaný stabilizátor dibutylcín maleát měl v blendu zároveň význam jako iniciátor dodatečné polymerizace DCLO na polymerní změkčovadlo. Do některých směsí byl v roli iniciátoru polymerizace DCLO přidán (kaprolaktammagnesium)bromid. Pomocí dynamické mechanické analýzy a diferenční skenovací kalorimetrie byly potvrzeny měkčící účinky DCLO, avšak   DCLO za daných podmínek při zpracování téměř nepolymeroval. Dále byly zaznamenány stabilizační účinky DCLO a iniciátoru (kaprolaktammagnesium)bromidu při tepelné degradaci.  

Za účelem zvýšení rázové houževnatosti materiálů se běžně využívají modifikátory houževnatosti vytvářející dvoufázovou strukturu s dispergovanými elastomerními doménami. Tato heterogenní struktura poskytuje materiálu schopnost pojmout kinetickou energii nárazu a zastavit šíření trhlin. Mezi běžně používané modifikátory houževnatosti patří dienové elastomery nebo EPM kaučuk. Využitím chain-walking katalyzátorů při homopolymerizaci ethylenu lze připravit vysoce větvený polyethylen (CWPE), který není schopen krystalizovat, a díky nízké T_g má elastomerní charakter. Cílem této práce je využít CWPE připravený pomocí Ni diiminových katalyzátorů jako modifikátor houževnatosti polystyrenu. Kopolymerací ethylenu s nekonjugovaným dienem je možné dále připravit i CWPE s dvojnými vazbami, které lze využít pro kovalentní navázání na řetězce polystyrenu. Takový systém by bylo možné využít pro fotopolymerizační 3D tisk houževnatého polystyrenu.  

Zpracování druhotného plastového odpadu pro materiálové využití představuje vzhledem k jeho rozmanitému složení a znečištění výzvu, na kterou stále neexistuje ekonomicky smysluplná odpověď. Práce je zaměřena na charakterizaci a materiálové zpracování komunálního plastového odpadu získaného ze zpětného odběru. Zvláštní důraz byl kladen na možnost materiálového zpracování a následné zhodnocení vlastností v ČR nevyužívaných frakcí plastového odpadu nízké kvality. Připravené a zkoumané vzorky jsou směsi různých plastů běžně zastoupených v obalech a dalších spotřebních výrobcích z plastů. Složení směsí vychází ze skladby již zmíněných frakcí, aby byla omezena potřeba důkladného dotřiďování. V rámci práce byl sledován i vliv zastoupení jednotlivých odpadních frakcí a typů plastu na vlastnosti výsledného materiálu.

V posledních letech můžeme pozorovat rozvoj technologie 3D tisku a její pronikaní do nejrůznějších výzkumných i průmyslových aplikací. S rostoucí poptávkou po této moderní technologii rostou i požadavky na používané materiály. Tato práce se zabývá vývojem materiálů pro 3D tisk technologií stereolitografie, a to především pro oblast elektrotechnologie. V práci byly modifikovány vlastnosti komerčně dostupného UV-zářením polymerizovatelného resinu přídavkem dostupných plniv na bázi nanočástic Fe₃O₄, grafitu a aktivního uhlí. Tato plniva dokázala zvýšit elektrickou vodivost o několik řádů oproti neplněnému resinu. Dále byla sledována zvyšující se absorbance v UV-VIS oblasti s rostoucím množstvím plniva, homogenita dispergace pomocí mikroskopie či mechanické vlastnosti. Přídavek plniv v obsahu větším než 5 hm. % ovšem způsobuje nedostatečnou adhesi tištěného materiálu k tiskové podložce, avšak použitím grafenu by mohl být tento problém eliminován. Z tohoto důvodu byla druhou částí práce optimalizace syntézy high-quality grafenu redukcí grafen oxidu ve větším měřítku.  

Responzivní polymery jsou díky schopnosti reagovat na fyzikální nebo chemické změny (T, pH) řazeny mezi materiály s velikým potenciálem v oblasti biomedicínských aplikací. Umožňují cílenou reakci ve specifických částech těla. To lze využít pro transport léčiv kdy maximalizují terapeutický účinek léků, sníží počet nežádoucích účinků a prodlouží cirkulaci léčiva v těle.  Cílem mé práce je příprava amfifilních roubovaných kopolymerů se strukturou jádro-plášť obsahující hydrofobní jádro z dendritického polyethylenu a hydrofilní plášť z responzivního polárního monomeru. Takovéto kopolymery byly připraveny kombinací chain-walking kopolymerace a ATRP. Kopolymerací ethylenu s 2-(2-bromisobutyryloxy)ethylakrylátem byl připraven multifunkční makroiniciátor dPE-BIEA, který právě díky mechanismu chain-walking lze vyrobit jednokrokovou reakcí narozdíl od jiných syntéz získávajících přesné dendrimery složitým postupem. Následnou řízenou radikálovou polymerací s přenosem atomu (ATRP) iniciovanou Br-skupinami makroiniciátoru došlo k naroubování OEGMA (oligo(ethylenglykol)methakrylát) roubů na dPE jádro. Byly připraveny kopolymery s molární hmotností 326-811 kg/mol s obsahem roubů 62-85 hm.%. U připravených kopolymerů dPE-graft-pOEGMA byla provedena zkouška termoresponzivity.  

Polyethylen se stal dominantou mezi syntetickými polymery, který nabízí široké uplatnění. Jeho hlavní nevýhoda spočívá v nepolární struktuře, díky které je polyethylen špatně barvitelný a hůře mísitelný s ostatními materiály. Tento problém může být vyřešen vnesením polárních skupin do struktury polyolefinů. Takové polymery lze využít přímo jako makroiniciátory pro syntézu roubovaných amfifilních kopolymerů, které mohou nalézt uplatnění ve speciálních aplikacích např. jako nosiče léčiv nebo jako nanoreaktory.          Cílem této práce je ověřit možnost kopolymerace ethylenu s 10-undecen-1-olem pomocí α-diiminového Pd komplexu (Schéma 1). Tento komplex umožňuje tzv. chain walking polymeraci, která vede k vysoce větvenému polyethylenu s amorfní strukturou. Pro úspěšnou polymeraci je nejdříve nutné polární komonomer ochránit sylilací. Připravený kopolymer nesoucí po odchránění hydroxylové skupiny byl využit jako makroiniciátor při polymerizaci kaprolaktonu. Vzniklé kopolymery obsahují hydrofobní polyethylenové jádro a polární plášť z polykaprolaktonu. Výsledné kopolymery byly studovány pomocí SEC, ¹H NMR, IČ a AFM. Schéma 1: Schéma kopolymerace ethylenu s chráněným 10-undecen-1-olem.  

Polyimidy (PI), produkty stupňovitej polyreakcie diamínu s dianhydridom karboxylovej kyseliny, sú skupinou polymérov, ktoré sa radia medzi tzv. high-performance materiály. Monoméry sa väčšinou získavajú z ropy, ale z dôvodu neobnoviteľnosti, obmedzených zásob a potenciálnej environmentálnej záťaže tejto fosílnej suroviny je snaha nájsť iné zdroje na tzv. recentnej báze. Tento pojem predstavuje synonymum pre látky rastlinného a živočíšneho pôvodu. Cieľom práce bolo pripraviť PI dvojkrokovou syntézou, zahŕňajúcou prípravu polyamidkarboxylovej kyseliny (PAA) ako prekurzoru pre vznik PI, ktoré by štrukturálne vychádzali z alicyklických dianhydridov karboxylových kyselín a diamínov, ktorých zdrojom sú materiály na prírodnej báze.  

Chytré polymerní hydrogely získávají velkou pozornost díky vysokému potenciálu pro využití v tkáňovém inženýrství. V této práci byly pro kultivaci buněk úspěšně připraveny hydrogely na bázi N-isopropylakrylamidu s různými stupni zesíťování. Morfologie připravených hydrogelů byla charakterizována skenovací elektronovou mikroskopií. Chemické složení bylo potvrzeno infračervenou a ultrafialovou spektroskopií s Furierovou transformací. Dolní kritická rozpouštěcí teplota připravených hydrogelů byla analyzována refraktometricky. Pro zvýšení vodivosti hydrogelů byly navíc přidány polypyrrolové nanotrubice. Zvláštní pozornost byla věnována mechanickým vlastnostem připravených hydrogelů. Ukázalo se, že připravené hydrogely jsou netoxické a vhodné pro buněčnou kultivaci.  

V posledních letech velkou pozornost získala povrchová plazmonová rezonance (SPR) nanočástic ušlechtilých kovů jako nastroj pokročilé aktivace fotochemických procesů. Excitace na povrchu kovových nanočástic SPR lze použit pro účinnou aktivaci řady fotochemických efektů přes mechanismy jako jsou lokalizovaná tvorba fototermálního tepla, injekce horkých elektronů a děr, nebo transfer vysoce energetických stavů. SPR efekt se současně začíná používat i v oblastí klasické organické chemie pro reakcí typu C-C coupling, oxidačně-redukčních reakcí atd. V naší skupině SPR byl poprvé aplikován pro iniciaci azid-alkyn cykloadice (AAC). V této práci jsem zkoumala možnost provádět cykloadici při aktivaci plazmonem za současného působení vnějšího elektrického pole. Hlavní předpoklad je založen na indukovaném štěpení molekulárního orbitalu v elektrickém poli s následným zvýšením pravděpodobnosti indukce horkého elektronu a tím i větší pravděpodobností aktivace chemické transformace. Kinetika a rychlost reakce AAC byla studována jako funkce času a intenzity elektrického pole. Vyhodnocení reakční kinetiky ukázalo, že reakční rychlost AAC je výrazně vyšší v přítomnosti elektrického pole než bez něj.  

Uhlíkové atomy mají jedinečnou vlastnost podílet se na pevných kovalentních vazbách s jinými atomy uhlíku nebo s nekovovými prvky. Toto umožňuje uhlíku vytvářet širokou škálu nanostruktur, které vykazují jedinečné fyzikální, chemické, mechanické a elektrické vlastnosti. Jsou proto hojně využívány v různých průmyslových oblastech, např. v leteckém a automobilovém průmyslu nebo v lékařství. Uhlíkové nanostruktury mohou být připraveny pomocí laserové modifikace, což je značně výhodné z hlediska čistoty produktu, rychlosti přípravy a možnosti přípravy z velkého množství zdrojů. Jedním z těchto zdrojů mohou být tenké PLLA vrstvy dotované grafenovými nanopeletami. Cílem této práce  je optimalizace přípravy těchto vrstev metodami „solvent-casting“ a „spin-coating“ a jejich modifikace tepelným namáháním a laserovým zářením. Analýza a studium připravených vrstev jsou v první fázi založeny na stanovení tloušťky připravených vrstev pomocí optického mikroskopu v konfokálním módu a zjištění povrchové morfologie.

Tato práce se zabývá možností použití plazmonové aktivace organických katalyzátorů pomocí (foto)chemických přeměn. Pomocí Turkevichovy metody vytvořené zlaté nanočástice, které byly  modifikovány 1,5,7–triazabycoklodek-5-enem (TBD). Modifikace se prováděla v několika krocích s použitím ADT-OH, brom obsahujícím činidlem (2-Brompropionyl bromid) a TBD. Navázané molekuly TBD zaručují katalytickou aktivitu systému, zlaté nanočástice jsou zodpovědny za účinnou absorpci světla a foton-plazmonovou konverzi. Plazmony, jež byly excitovány na povrchu zlatých nanočástic, byly zodpovědny za katalytickou účinnost TBD. Připravený systém je možný použít pro řadu (foto)chemických transformací, jak při konverzi CO₂, tak při „Ring-opening“ reakcích, Michaelově a Henryho reakcích. (Foto)chemické transformace se prováděly při osvícení LED diodou. Transformace byly prováděny pod laboratorní i sníženou teplotou. Pro větší stabilitu je nyní zkoumána možnost roubování zlatých nanočástic na povrch nosiče Al₂O₃.  

Cílem práce byla příprava homogenních kompozitních fólií polydimethylsiloxanu (PDMS) s nanostrukturami, a to především uhlíkovými nanovlákny, pomocí metody solvent castingu. Povrchy takto připravených fólií byly modifikovány argonovým plazmatem, tepelným namáháním či depozicí nanovrstev ušlechtilého kovu. Následně byly připravené fólie charakterizovány z hlediska jejich povrchové morfologie (mikroskopií atomárních sil, laserovým konfokálním mikroskopem, rastrovacím elektronovým mikroskopem), chemického složení (rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií) a také smáčivosti (goniometricky). Modifikace povrchů obecně vedly k nárůstu drsnosti povrchu, změně morfologie, zvýšení smáčivosti a v případě plazmaticky modifikovaných povrchů docházelo k tvorbě periodických vlnitých struktur, jejichž tvorba byla následně záměrně indukována a zkoumána. Potenciál těchto kompozitních materiálů spočívá především v biokompatibilitě PDMS, tudíž použitelnosti v tkáňovém inženýrství, ve vývoji flexibilní elektroniky či senzorů zabudovatelných přímo do lidského těla.

Povrchem zesílená Ramanova rozptylová spektroskopie (Surface-enhanced Raman spectroscopy - SERS) je extrémně citlivá analytická metoda využívaná k detekci vibračních signálů seskupení molekul, až po signály jednotlivých molekul. V souvislosti s tím byly připraveny měkké porézní SERS aktivní substráty z různých polymerních nanovláken pokrytých vrstvou nanočástic z ušlechtilých prvků. Nanovlákna byla připravena metodou elektrostatického zvlákňování. Morfologie a úzká distribuce nanovláken byla ověřena rastrovací elektronovou mikroskopií (scanning electron microscope - SEM). SERS signály byly analyzovány na základě druhu polymerních nanovláken a tloušťky vrstvy nanočástic. Chemické složení a homogenní distribuce prvků připravených substrátů byla potvrzena pomocí SEM-EDX (Energy-dispersive X-ray). Potenciální využití těchto substrátů bylo demonstrováno pomocí modelových látek za použítí Ramanovy spektroskopie. Tento způsob přípravy umožňuje dosáhnout vyššího faktoru zesílení SERS než u plochých substrátů a demonstruje dokonalou reprodukovatelnost Ramanových signálů. Navíc mají tato nanovlákna vysoký potenciál pro praktické aplikace.

Ačkoliv je kontaminace povrchů v nemocničních zařízeních dlouhodobě známá, dnes, v době celosvětové pandemie, je omezení mikrobiálního růstu a zabránění vzniku rezistentních kmenů na površích obzvlášť významné. Jedním z možných opatření je tyto povrchy modifikovat a tím jim antimikrobiální vlastnosti přidělit. Pro tyto účely jsou velmi zajímavé některé kovové nanomateriály – zejména stříbro a měď, která je v porovnání se stříbrem komerčně dostupnější. Efektivita antibakteriálního účinku kovových plazmon-aktivních NP může být navíc zvýšena excitací lokální povrchové plasmonové rezonance (LSPR) při působení světla. V této práci byly připraveny měděné nanočástice, u kterých byla prokázána zvýšená inhibice růstu bakterií zejména při použití světla. V neposlední řadě byly studovány mechanismy působení antibakteriálních účinků měděných nanočástic

Tato práce se zabývá studiem morfologie povrchu vzorku polystyrenu dotovaného kyselinou acetylsalicylovou. Při tvorbě těchto vzorků byla využita metoda solvent casting. Na vytvořený substrát byla nanášena vrstva stříbra o různé tloušťce v závislosti na podmínkách (velikost použitého proudu, doba naprašování). Vzorky byly následně tepelně namáhány z důvodu ukotvení stříbra v substrátu a pro vytvoření wrinkles na povrchu substrátu. Vzorky polystyrenu dotovaného kyselinou acetylsalicylovou byly rovněž plazmaticky a laserově modifikovány. Vzorky byly opět tepelně namáhány a prostudovány. Morfologie všech vzorků byla analyzována pomocí metody AFM, povrchová chemie pak studována rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií. Cílem práce je ovlivnění antimikrobiálních účinků polystyrenu dotovaného kyselinou acetylsalicylovou.  

V posledních letech dochází k značnému pokroku ve vývoji organokatalytických systémů, založených na použití chirálních organických katalyzátorů a výsledné enantioselektivní syntéze. Organokatalyzátory dokážou spustit kaskádovou reakci, která nejenom reakci zrychluje, ale navíc dokáže snížit množství nežádoucích vedlejších produktů reakci na výstupu. Syntéza čistých enantiomerů je velmi technologický vhodný proces, zejména z hlediska přidané hodnoty, a proto organická enantioselektivní katalýza se používá jak ve vědě, tak i v škálovatelném farmaceutickém průmyslu. V této práci byla provedena reakce aldolové kondenzaci 4-chlorbenzaldehydu s acetonem pomocí katalýzy na bázi L-prolinu, AuNPs. Cílovým produktem byl 4-(4-Chlorfenyl)-4-hydroxy-2-butanon, Tento produkt je nestabilní za laboratorní teploty, ovšem L-prolin vykazuje nízkou katalytickou aktivitu při snížené teplotě. Pomoci efektu povrchové plazmonové rezonance na zlatých nanočásticích bylo poprvé docíleno značně vyšších výtěžků v reakci aktivované L-prolinem při nižších teplotách, a dokonce ve velké míře došlo k snížení výtěžku nežádoucího Mannichova produktu.  

Poly(etheretherketon) (PEEK) je nově studovaný polymerní biomateriál pro výrobu implantátů. V biomedicíně se stal oblíbeným pro své výborné mechanické vlastnosti, tepelnou stabilitu a chemickou odolnost. Mimo to nevykazuje žádnou mutagenní a toxickou aktivitu. PEEK však disponuje nižší povrchovou smáčivostí, což může omezovat jeho využití. Jeho povrch je proto potřeba vhodně modifikovat. Tato práce se zabývá změnami povrchových vlastností PEEK způsobené modifikací plazmatem za zvýšené teploty. Povrch polymerní fólie byl modifikován po různou dobou depozice (60, 120, 240 a 480 s) při různé teplotě (25. 37, 80, 100 a 121 °C). Výběr teploty vychází z praktických aplikací, kdy například 37 °C je teplota fyziologického prostředí lidského těla nebo 121 °C odpovídá teplotě sterilizace. Povrchové vlastnosti takto modifikovaného polymeru byly charakterizovány pomocí goniometrického měření smáčivosti, gravimetrie, mikroskopie atomárních sil (AFM) a rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS).  

Cílem této práce je úprava rozhraní polovodičových struktur (Z-schematických hybridních katalyzátorů) s potenciálním využitím pro fotolýzu vody. Jako komponenty pro fotokatalyzátor byly vybrány oxid wolframový a sulfid kademnatý pro svou vhodnou a komplementární pásovou strukturu. K úpravě jejich rozhraní bylo užito žíhání při různých teplotách. Od teploty 400 °C pozorujeme vznik nové struktury, kyslíkově vakantního oxidu wolframového WO_3-x, od teploty 500 °C a vyšších pak pozorujeme další novou komponentu – wolframan kademnatý Cd(WO₄). WO_3-x se oproti původnímu WO₃ stává lépe vodivým. Cd(WO₄) má potenciál fungovat na rozhraní WO₃/CdS jako elektronový mediátor a tím zlepšit katalytickou účinnosti oddělením center s redoxně aktivnějšími nosiči náboje a plynulejším přechodem náboje mezi energetickými pásy komponent utvořením elektronové kaskády. Se zvyšující se teplotou žíhání pozorujeme zvyšování krystalinity sulfidu kademnatého, což je považováno jako další krok ke zlepšení fotokatalytické aktivity. Procesem sintrace můžeme u všech žíhaných vzorků pozorovat lepší kontakt komponent. Kaskádová heterojunkce WO₃/ Cd(WO₄)/CdS vzniklá žíháním materiálu na 700 °C má z připravené řady vzorků nejlepší katalytickou aktivitu pro fotolýzu vody.  

Velkou vědeckou pozornost přitahuje přeměna sloučenin získaných z biomasy na chemikálie, které lze dále využít jako prekurzory ve farmaceutickém průmyslu. Zejména zajímavým je studium hydrogenace organických molekul jako jsou karbonylové sloučeniny (např. acetofenon nebo ethylpyruvát). V posledních letech vzrostl zájem o řízení těchto reakcí pomocí elektrochemie v důsledku zjednodušení procesu a zavedení postupů tzv. „green“ chemie. Klíčovou otázkou, a to i z hlediska farma-průmyslu je enantioselektivita produktů. Hlavním způsobem zvýšení enantio-selektivity reakce je správná volba katalyzátoru na povrchu elektrody. Většina katalyzátorů je založena na komplexech vzácných kovů, což výrazně omezuje technologickou použitelnost výroby farmaceutik z biomasy. Tato práce se zabývá studiem elektrochemické redukce acetofenonu na elektro- a fotoaktivní elektrodě s přihlížením k možností získání enantio-čistého produktu redukci.  

Stereochemie hraje velkou roli ve výrobě a vývoji léků. Organismus je soustavou chirálních komponentů, a proto chirální vlastnosti léčiva jsou významné při určování jeho farmakologických účinků. V posledních letech vzrostl zájem o enantioselektivní detekci opticky aktivních látek za účelem kontroly kvality lékařských preparátů.  Několik běžně používaných analytických postupů enantioselektivní detekce jsou ovšem založené na technicky-náročných postupech. Tato práce se zaměřuje na enantioselektivní detekce léčiv prostřednictvím chiralní Ramanovi spektroskopie s použitím hybridních struktur typu AuNPs@MOF. Byly připraveny plazmon-aktivní Au nanostruktury, na povrch kterých byl naroubován film homochiralního MOF – L-ZnAlaCl. Tento MOF je schopen k enantioselektivní adsorpci chirálních analytů.  Metoda navázání filmu MOF na povrch zlatých nanočástic byla optimalizována a ověřena několika nezávislými technikami, SERS odezva připravených nanostruktur byla optimalizována a zatím ověřena na řadě modelových analytů.   

Projekt se zabývá úpravou polymerních biomateriálů a jeho cílem je připravit antibakteriální povlak, který by omezoval riziko vzniku infekce při aplikaci daného materiálu. Na povrch polyetheretherketonu (PEEK) byly pomocí excimerového laseru z roztoku imobilizovány stříbrné nanočástice (AgNPs).  Polovina vzorků byla ještě před imobilizací AgNPs povrchově modifikována pomocí laseru. U připravených kompozitů byly následně zkoumány jejich vlastnosti. Povrch byl charakterizován pomocí AFM, SEM, XPS, goniometrie a UV-Vis spektroskopie. Uvolňování AgNPs do okolního prostředí bylo studováno pomocí výluhů; byl proveden experiment za statických i dynamických podmínek a množství uvolněného stříbra bylo stanoveno pomocí ICP-MS.  

Nahrazení běžných redukčních a oxidačních činidel v tradiční organické chemii a chemické technologii přináší řadu ekologických a ekonomických výhod. Mezi ně patří například snížení množství odpadních produktů, rychlost, jednoduchost a nižší náklady. Alternativní cestu reprezentuje organická elektrochemie, která umožňuje provádět redoxní reakce přímo, bez použití dalších chemikálií. Současný trend představuje zapojení světla do procesu, díky kterému lze dosáhnout vyšší selektivity.  Tato práce se zabývá fotoelektrochemickou aminací C-H vazby arenů, o kterou je zájem především díky všudypřítomnosti arylových C-N vazeb v léčivech, přírodních produktech, agrochemikáliích, pigmentech a optoelektronických materiálech. Elektrody byly vytvořeny z periodického polymerního substrátu s deponovaným kovem. Dalším krokem byla optimalizace reakčních podmínek a použitých elektod. K ověření funkčnosti dané metody a k doladění detailů byla provedena modelová reakce mezi anisolem a pyrazolem.   

Uhlík, prvek mnoha forem a různých vlastností. Jedna z posledních objevených forem uhlíku je Q – uhlík, jehož příprava není vůbec jednoduchá a vyžaduje velmi specifické podmínky. Pokud nejsou podmínky pro vznik Q-uhlíku ideální, je možné připravit stejnými metodami jiné a nové formy/struktury uhlíku, které mohou mít také unikátní a jedinečné vlastnosti. Tyto formy vznikají díky vysoké schopnosti uhlíku se různě vázat a jednotlivé formy uhlíku nachází uplatnění v mnoha odvětvích. Cílem práce je příprava a charakterizace nanostruktur a kompozitů typu Au/C a Au/C/Au. K přípravě jednotlivých vzorků byly použity dvě metody (napařování a naprašování). Pro vzorky typu Au/C byly obě vrstvy připraveny metodou naprašování. V případě vzorku Au/C/Au byly použity v kombinaci obě výše uvedené metody. Vybrané vzorky byly na jednu hodinu vystaveny tepelnému namáhání při 280 °C a následně byly modifikovány laserovým zářením. Charakterizace takto připravených vzorků spočívala nejprve ve studiu povrchové morfologie.  

Deriváty celulózy se díky své rozpustnosti ve vodě nebo běžných organických rozpouštědlech, biokompatibilitě a biodegradabilitě a nízkých nákladech na výrobu jeví jako vhodné nosiče pro řízenou dopravu a uvolňování léčiv do organismu. Tato práce se zabývala přípravou nanočástic stříbra fotochemickou redukcí AgN0₃ v různých derivátech celulózy. Nejprve byly zkoumány ve vodě rozpustné deriváty karboxymethylcelulóza (CMC) a hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC) společně se stříbrem ve formě roztoků, dále byly z těchto roztoků připraveny fólie a pomocí spin-coatingu tenké vrstvy na skleněných substrátech. Vlastnosti těchto vzorků byly studovány pomocí UV-VIS spektrometrie, IČ spektrometrie, konfokální mikroskopie, gravimetrie a metody dynamického rozptylu světla (DLS). Následně byla zkoumána možnost přípravy micel se stříbrnými nanočásticemi z roztoku ethylcelulózy (EC) v dichlormethanu s přídavkem CTAB (hexadecyltrimethylamoniumbromid) a vodného roztoku AgN0_3. Dále bude optimalizován poměr koncentrací výchozích látek tak, aby bylo dosaženo požadované velikosti stříbrných nanočástic a jejich dalších vlastností, jako je například antibakteriální účinek.

The development of therapeutic monoclonal antibodies (mAbs) is a multi-billion-dollar industry with nearly a hundred therapeutic antibodies currently approved for use in the EU and much more waiting for approval. However, the journey of a therapeutic mAb from discovery to the market is long and costly and can be marred by unsuitable properties of the antibody, such as aggregation or low stability. Developability index is a metric that aims to predict the antibody’s likelihood of reaching clinical stages. It can be calculated from the three-dimensional structure of the antibody, but the structure is often not available and its modeling can be computationally demanding and imprecise. Therefore, we aim to predict the developability index of antibodies directly from the amino acid sequence using machine learning. Various preprocessing and feature extraction methods are applied to a set of antibody sequences with known structures in order to obtain multiple training datasets. Different machine learning models are then compared in terms of classification performance.

The exploration of chemical space is important not only during the design of drugs but also of other bioactive compounds that can be used by chemical biology for study of biochemical processes in living organisms. Lately one of the most progressive areas is the research of so called de novo molecular generators. Those generators are most often based on deep learning networks specifically trained for virtual design of bioactive compounds with specific properties (for example sufficient activity for a certain molecular target). Those algorithms can in a very short time generate a large amount of possible chemical structures of potential compounds, therefore it is necessary to effectively visualize and process such data, so those experiments can be intuitively evaluated by a human. In our laboratory, we have developed a web application called GenUI for working with de novo generators, which includes the visualization of compounds in a chemical space. The objective was to explore the different methods of chemical space visualization and integrate some of them into the existing app.

Chemical space is a virtual space consisting of all possible organic compounds. Its size is estimated to be in the order of 10^60 molecules and, thus, its exploration is very important for the discovery of new bioactive compounds and drugs. Molpher is an open-source framework that enables to systematically generate chemical structures from chemical subspace potentially enriched by biologically active compounds. However, the number and quality of generated compounds depends on various Molpher parameters. In this work, we propose a set of quantitative measures based on prospective scaffold recall that enable to benchmark individual Molpher settings and we apply them to compare Molpher libraries of putative vitamin D receptor ligands.

Mycobacterium tuberculosis is a pathogenic bacterium and can cause tuberculosis. Because this bacterium has a poorly permeable cell wall, which complicates the treatment of this disease, it is essential to focus on GT-A glycosyltransferases, which this bacterium uses, among other things, to build its cell wall. The reasons mentioned above make them an interesting therapeutic target for fighting this bacterium. It is important to identify yet undescribed glycosyltransferases in the genome of M. tuberculosis CDC1551. For their retrieval, the program Phyre2 is used, which is a program that deals with the prediction of the 3D structure of proteins from a sequence. This program also has a feature that allows you to use a protein with an already solved 3D structure to scan a particular genome and in this way find proteins that are likely to be structurally similar. From the proteins found, some hypothetical proteins were finally selected and further investigated using the functions of the Phyre2, BLAST, and RaptorX programs to predict their likely function and to determine whether they could be GT-A glycosyltransferases.

Retrosynthesis steps prediction is a crucial task for organic chemists. This task oftern requires the identification of reactant molecules and possible reaction pathways for synthesizing a product molecule. Existing methods for this task mostly include time and computationally intensive algorithms. This work aims to research different machine learning models to identify some algorithms, which can be a good heuristic models for the task of retrosynthesis steps prediction. Such a model could drastically reduce the data processing time, while still produce good results.

Autoimmune diseases are pathologic conditions in which the reactivity of the immune system occurs in the form of autoantibodies and T-cell responses to self-structures. Autoimmune conditions, depending on the localization and severity of the process, lead to various clinical manifestations up to disability and death. To prevent the respond of the T-cells on the tissues of their own body, maturing T-cells are checked in the thymic medulla for interaction with the vast majority of self-antigens, and in the case of strong interaction, are subjected to negative selection. In some autoimmune diseases, especially in such a severe one as multiple sclerosis, there is an abnormal activation of the expression of human endogenous retroviruses (HERVs). HERVs are sequences of viral origin, which compose about 8% of our genome and are traces of infections that affected the primates' germ line along the last 100 million of years. In this work, we process bulk and single cell RNA-seq of mouse and human thymus cells to analyze autoantigens of retroviral origin, which are presented to maturing T-cells during negative selection.  

Genetic information in organisms is stored in a form of a DNA molecule. The information in the genome is not random. Therefore, certain patterns can be distinguished using various techniques. Gene coding and non-coding region determination from nucleotide sequence is the main focus of this work. Tokenization, a data compression algorithm, seem to be a useful tool in the process of understanding the language of genomes.

Liquid ammonia dissolves alkali metals, producing blue or bronze solutions. These solutions consist of alkali metal cations and electrons localized in solvent cavities. They are used in organic chemistry, for instance in the Birch reduction. It is known from the experiments that the smallest stable cluster containing a solvated electron, is composed of 13 ammonia molecules. On the other hand, the reported theoretical calculations on ideal clusters at 0 K show that the sufficient number of ammonia molecules is 6. To perform calculations with more physically meaningful results sampling thermal structures of small ammonia clusters is essential. As the first step in this work, the geometry of symmetric clusters 2 to 8 ammonia molecules with 1 excess electron were optimized using the hybrid DFT B3LYP functional. The local minima structures were verified using frequency analysis. Vertical detachment energies (VDE) were calculated on the optimized structures using B3LYP and MP2. The obtained VDE values show that 4-5 ammonia molecules are sufficient to stabilize 1 excess electron. The obtained VDE values from ideal clusters set the lower limit energy for comparison with VDEs on thermal structures. These will be prepared using ab-initio molecular dynamics simulation during future studies.

Structural and mechanical properties play a significant role in biological function of nucleic acids. Sequence-dependent structure of nucleic acids determines ligand binding, nucleosome positioning, promotor location, gene regulation and chromatin organisation. In this contribution, the conformation of nucleic acids is considered at the level of the rigid base approximation. In the rigid base model, nucleic acids are described using internal coordinates defining the relative displacement and orientation of bases within and between base pairs. Programs in C and Python were developed for efficient computation of these coordinates from molecular dynamics simulation data. The accuracy of the coordinate computation was verified, and runtime was compared to the standard software packages. The C program is roughly ten times faster than the standard implementation.

This work focuses on structural properties of methylated and unmethylated DNA depending on the context of bases around the CpG dinucleotides. Methylation plays a key role in many biological processes, such as gene expression, immune responses and organism development and aging. A suitable DNA sequence was divided into three parts. A copy of this sequence was then methylated. This way, six shorter sequences suitable for molecular dynamics simulations using AMBER software were obtained. Resulting trajectories were analysed by 3DNA software package. Data about local base-step parameters (shift, slide, rise, tilt, roll and twist) obtained by this analysis were processed in Python. Results suggest that there are changes to the local structure for distinct contexts, however, it is not possible to entirely rule out the impact of context context dependent population of BI/BII backbone substates.  

Ensemble models in machine learning combine the decisions from multiple models to improve the overall performance. This contribution deals with the study of the use of established ensemble methods (e.g., bagging, boosting or stacking) for the prediction of biological activity of organic compounds from their structure (QSAR). The aim of the work was to implement models in Python, to use them for the prediction of ligands biologically active on the vitamin D receptor and on vascular endothelial growth factor and to discuss their advantages and disadvantages. I focused on the comparison of ensemble methods with each other and with individual models. I thoroughly researched each ensemble algorithm, and I found the best weak learners or the best combination of parameters. The best results on both datasets were provided by the Stacking model. The use of ensemble methods in machine learning provides better results, even though they are more computationally time-consuming than using stand-alone models. 

In this contribution, the influence of chemical linear notations and tokenization methods on neural network QSAR models is explored. Various molecular linear representations (SMILES, InCHI, SLN, DeepSMILES, SELFIES) are encoded into a vector using different tokenization methods (character-level, atom-level, 4-mers, SPE, BPE). These vectors serve as an input into a neural network that predicts a biological activity on VEGF2 (vascular endothelial growth factor) receptor. The quality of neural network models is assessed by the comparison of predicted and measured biological activities.

Predkladaná práca sa zameriava na literárnu rešerš kultúrnohistorického pozadia a prieskum fyzického stavu a materiálového zloženia historickej rukopisnej náboženskej knihy v latinskom jazyku, ktorá je v koženej šitej väzbe a pochádza z Maďarska zo 60. rokov 18. storočia. V experimentálnej časti práce bolo vykonané meranie kyslosti papiera, ktoré poukazuje na mierne kyslé hodnoty pH papiera, atramentu a knižnej dosky. Bola uskutočnená röntgenová fluorescenčná analýza (XRF), ktorá poukázala na prítomnosť železogalových atramentov ako písacieho prostriedku, ktorý je mierne zhnednutý, avšak neporušený a veľmi dobre čitateľný. Kniha je poškodená, znečistená a rozpadá sa, preto je dôležité na základe materiálového prieskumu vykonaného v tejto práci uskutočniť reštaurátorský zásah.

Diazotypie (diazografie, whiteprint) je kopírovací technika, která byla v průběhu 20 století často využívaná při výrobě velkoplochých kopií, map, plánů, stavebních výkresů a jiné převážně technické dokumentací. Dnes v muzeích a archivech můžeme najít obrovské množství historického diazografického papíru, který byl původně produkován jako „pracovní kopie“, ale nyní se často má hodnotu originálů. Je třeba mít na paměti, že diazotypy nestálé formy záznamu informací. Po dlouhodobé expozici v agresivním prostředí, zejména s přístupem ultrafialového záření, dochází k rychle degradace tohoto materiálů a k postupnému zmizení záznamu z papírové podložky. Není zřejmé, do jaké míry degradační produkty diazotypů mohou negativně ovlivňovat jiné archiválie nebo použité obaly, se kterými jsou v těsném dlouhodobém kontaktu. Ale je možné předpokládat, že jednou z možností prodloužení životnosti záznamu diazotypů i samotného papírového podkladu, je přijetí vhodných preventivních opatření, konkrétně jejich vhodná adjustace.  Cílem této práce bylo studium vlivu různých typů lignocelulosových obalových materiálů na degradační procesy jak samotného záznamu diazotypu, tak papírového nosiče. Dále byl zkoumán možný vlivu produktů rozpadu diazotypu na archivní dokumenty uložené v jeho těsné blízkosti.

Práce se zabývá problematikou dlouhodobé stability hedvábných textilií obarvených různými typy barviv (kyselá Rybacidová, 1:2 kovokomplexní Ostalanová, přímá Saturnová, reaktivní Ostazinová a Avitera, směsná Lanasetová, v maloobchodech běžně dostupná Duha) pro účely restaurování. Důvodem zkoumání byla absence studie, která by se tomuto tématu věnovala. Pro testování byly použity žluté a červené odstíny. Takto byly připraveny dvě sady vzorků s odlišnou závěrečnou úpravou: vypráním ve vodě a mydlením v roztoku tenzidu Syntaponu ABA. Dlouhodobá stabilita byla sledována po různých typech umělého stárnutí (vlhké teplo, suché teplo, světelné záření se zvýšeným podílem UV). Kritéria, podle kterých byla hodnocena barviva jsou následující: dlouhodobá stabilita barevného odstínu, egalita obarvení, zapouštěcí zkouška, pevnost nití v tahu, stanovení limitního viskozitního čísla. Ze získaných výsledků byla vybraná barviva vhodná pro restaurování textilií (Ostalanová, Saturnová, Avitera), použitelná (Lanasetová, Duha) a nevhodná (Rybacidová, Ostazinová).

V konzervátorskej praxi sú využívané viaceré účinné metódy čistenia drevených artefaktov, ale tieto metódy pozostávajú z viacerých krokov a zahŕňajú použitie toxických organických rozpúšťadiel. Preto je potrebné hľadať nové, efektívnejšie metódy čistenia. Cieľom práce bolo porovnať účinky nízkoteplotnej atmosférickej plazmy so štandardnými postupmi čistenia dreveného artefaktu a následne vybrať vhodné podmienky opracovania plazmou. Na základe výsledkov sa pre ďalšie skúmanie vybralo použitie plazmy v atmosfére vzduchu a argónu na pripravené modelové vzorky dubového dreva ošetreného povrchovou šelakovou úpravou. Účinky pôsobenia nízkoteplotnej atmosférickej plazmy sa vyhodnocovali opticky pomocou mikroskopu a zmeny v chemickom zložení povrchu boli vyhodnocované spektrometrom. Z nameraných výsledkov práce vyplývajú konkrétne podmienky, pri ktorých pôsobenie plazmy na povrch dreva so šelakovou úpravou nevedie k degradácii laku a pri ktorých možno predpokladať priaznivý vplyv plazmy pri čistení drevených artefaktov. Práca bola vypracovaná v rámci projektu APVV-15-0460.

Rezistometrie je jednou z metod monitoringu vnitřních prostor kulturních památek, muzeí a archivů, kde je důležité rychle zachytit malé změny prostředí. Tato metoda využívá čidla s tenkou kovovou stopou, jejichž odpor se mění se změnou průměru stopy. Z měření odporu lze získat časovou závislost úbytku kovu, která odpovídá korozivitě prostředí. V rámci této práce byla připravena čidla s vrstvou korozních produktů, která se blíží povrchu kovových předmětů kulturního dědictví. Byly vyzkoušeny různé varianty čidel a způsobů předkorodování a porovnána jejich citlivost a preciznost měření. Také byl otestován nový způsob zpracování dat z čidel, který umožňuje přesnější vyhodnocení korozního úbytku hlavně u čidel s větší tloušťkou stopy.  

Práce popisuje restaurátorský zásah na mlékovce a talíři z produkce míšeňské porcelánky. Předměty jsou na dně značeny pro manufakturu typickými kobaltově modrými zkříženými meči různého provedení, což naznačuje odlišnou dataci. Zdobení má formu motivu „Voller grüner weinkratz“ v chromoxidové zeleni se zlacenými linkami. Počáteční běžné znečištění objektů doplňovaly u mlékovky „rezavé“ stopy po předchozím adhezivu, poškození v oblasti hrdla, podstavy a fragmentované ucho. Od talíře byl oddělen jeden masivní střep. Předměty byly očištěny pomocí detergentu TWEEN 20, střepy separovány 10 % roztokem Paraloidu B72 v acetonu a slepeny epoxidovým adhezivem HXTAL NYL-1. Následovalo doplnění epoxidovým tmelem MILLIPUT SUPERFINE WHITE, mechanická retuš doplňků a barevné doladění pomocí akrylových barev FOLKART modifikovaných pigmenty KREMER. Na závěr proběhla simulace glazury epoxidovým adhezivem dříve užitým k lepení a nakonec napodobení zlatých linek pomocí zlaté barvy FOLKART. V průběhu restaurování byly odebrány vzorky pro stanovení pórovitosti a nasákavosti, dále pak pro chemické (XRF) a mineralogické (XRD) analýzy složení střepové hmoty a glazury. Závěrem byly navrženy vhodné podmínky uložení a manipulace. Práce proběhly v souladu s restaurátorským záměrem schváleným zadavatelem.  

Restaurování dámského stříbrného čepce proběhlo v akademickém roce 2018/19 v rámci předmětu Semestrální práce V v restaurátorských dílnách VOŠTŘ, Praha 1. Jedná se o tuhý dýnkový čepec zdobený paličkovanými krajkami a velkou zelenou mašlí.  Byl proveden podrobný textilně technologický průzkum tkanin, stuhy i krajek na čepci. Restaurátorský zásah spočíval v čištění čepce a konsolidaci poškozených míst. Čepec byl čištěn suchou cestou odsátím nečistot muzeálním vysavačem a stíráním vatovými tampony, kovové krajky byly stírány tampony navlhčenými etanolem. Zelená mašle a textilní krajka byly demontovány a čištěny mokrou cestou na stole se spodním odtahem. V rámci konsolidace byla černá lemovka překryta hedvábnou krepelínou, poškozená místa na textilní krajce a zelené mašli podložená vhodnou tkaninou a zaskeletována. Skeletované byly také trhliny ve tkanině na dýnku a skeletovací steh byl použit i na přichycení uvolněných kovových lamel. Nakonec byly kovové krajky vyrovnány a textilní krajka a mašle byly zpětně našity k čepci. Pro čepec byla vyrobena krabice z lepenky Klug a vycpávka z neběleného bavlněného plátna a byly stanoveny podmínky uložení a vystavování.