"Fundamentals of Supramolecular Chemistry" is dealing with the study of non-covalent interactions and the description of systems based on such interactions. The most popular families of highly preorganized compounds (crown ethers, calixarenes, cyclodextrins, porphyrins, resorcarenes, cucurbiturils, fullerenes, dendrimers etc.) are introduced within the scope of this subject. These compounds are then used as a starting point for the design of various receptors for the complexation of selected species (ions or neutral molecules) or for the construction of molecules possessing defined functions (nanomachinery). The basic concepts of supramolecular chemistry, such as preorganization, self-assembly, molecular recognition, complexation, host-guest chemistry, template synthesis, mechanically-interlocked molecules, dynamic combinatorial chemistry etc. are discussed as well.

Předmět "Základy supramolekulární chemie" se zabývá popisem nekovalentních intermolekulárních interakcí a chováním molekulárních systémů, využívajících jejich působení. V rámci předmětu jsou představeny nejčastěji využívané třídy vysoce preorganizovaných sloučenin (crownethery, calixareny, cyklodextriny, kryptofany, porfyriny, resorcinareny, cucurbiturily, fullereny, dendrimery a pod.). Tyto sloučeniny jsou pak základem pro design různých receptorů pro komplexaci vybraných species (ionty, neutrální molekuly) nebo pro konstrukci molekul s definovanými funkcemi (nanomachinery). Dále jsou probrány základní koncepty supramolekuární chemie jako jsou princip preorganizace, self-assembly, molekulární rozpoznání, komplexace, host-guest chemistry, templátová syntéza, mechanicky provlečené molekuly, dynamická kovalentní chemie a mnoho dalších.

Students will be able to:

design and synthesis of artificial receptor for the complexation of cation or anion

select suitable analytical method for the study of the structure of a given complex

suggest suitable analytical/spectroscopic methods for the measuring of the complexation constants and thermodynamic parameters for selected host-guest processes

apply the principals of "self-assembly" for the synthesis of topological isomers

use the principals of supramolecular chemistry in the advanced organic synthesis

Studenti budou umět:

navrhnout a syntetizovat vhodný ligand pro komplexaci kationtu nebo aniontu

vybrat vhodné analytické postupy pro studium struktury daného komplexu

navrhnout způsoby měření konstant stability a termodynamických veličin "host-guest" procesu

aplikovat principy "self-assembly" pro syntézu topologických izomerů

využít principy supramolekulární chemie v pokročilé organické syntéze

PowerPoint presentation on selected topic

Final test

Oral examination

Samostatná prezentace na zadané téma

Závěrečný písemný test

Ústní zkouška

R: Jonathan W. Steed, Jerry L. Atwood: Supramolecular Chemistry, 2nd Edition, Wiley 2009. 9780470512340

A: Beer P. D., Gale P. A., Smith D. K.: Supramolecular Chemistry, Oxford Chemistry Primers, Oxford University Press 1999. 0198504470

A: Diderich F., Stang P. J., Tykwinski R. R. (Eds.): Modern Supramolecular Chemistry, Wiley 2008, ISBN: 978-3-527-31826-1.

A: Lhoták P., Stibor I.: Molekulární Design; vysokoškolská skripta, vydavatelství VŠCHT Praha, 1997. 8070802952

A: kolektiv autorů: Supramolekulární chemie I, Cyklus Organická Chemie, svazek 29, 2004, ÚOCHB Praha. 8086241211

A: kolektiv autorů: Supramolekulární chemie II, Cyklus Organická Chemie, Svazek. 30, UOCHB AV ČR Praha, 2005. 8086241270

Z: Jonathan W. Steed, Jerry L. Atwood: Supramolecular Chemistry, 2nd Edition, Wiley 2009. 9780470512340

D: Lhoták P., Stibor I.: Molekulární Design; vysokoškolská skripta, vydavatelství VŠCHT Praha, 1997. 8070802952

D: Beer P. D., Gale P. A., Smith D. K.: Supramolecular Chemistry, Oxford Chemistry Primers, Oxford University Press 1999. 0198504470

D: kolektiv autorů: Supramolekulární chemie I, Cyklus Organická Chemie, svazek 29, 2004, ÚOCHB Praha. 8086241211

D: kolektiv autorů: Supramolekulární chemie II, Cyklus Organická Chemie, Svazek. 30, UOCHB AV ČR Praha, 2005. 8086241270

1. What is supramolecular chemistry? Introduction and basic definitions.

2. Ionophores and complexation of cations.

3. Anion complexation, design of receptors.

4. Binding of neutral molecules, chiral recognition

5. Noncovalent intermolecular interactions

6. Modular approach - the coordination chemistry of pyridines and bipyridines.

7. Cyclodextrins, cucurbiturils, cyclotriveratrylenes, cyclophanes.

8. Calix[n]arenes and related macrocycles.

9. Chemistry of dendrimers-structure, properties and applications.

10. Liquid crystals

11. Surfactants and interfacial ordering

12. The evaluation of the complexation constants and thermodynamic parameters.

13. Chemistry of fullerenes, carbon nanotubes and other carbon allotropes.

14. Self-assembly, topological isomers (rotaxanes, catenanes, knotanes), nanomachines.

1. Co je to supramolekulární chemie, definice základních pojmů.

2. Ionofory a komplexace kationtů.

3. Rozpoznávání aniontů, design vhodných receptorů.

4. Komplexace neutrálních molekul, chirální rozpoznání.

5. Nevazebné intermolekulární interakce.

6. Modulární přístup k molekulárnímu designu - využití koordinační chemie pyridinu.

7. Cyklodextriny, cucurbiturily, cyklotriveratryleny, cyklofany.

8. Calix[n]areny a příbuzné molekuly.

9. Chemie dendrimerů-struktura, vlastnosti, aplikace.

10. Kapalné krystaly.

11. Surfaktanty a ultratenké vrstvy.

12. Studium struktury komplexů, měření konstant stability a termodynamických veličin.

13. Chemie fullerenů, uhlíkatých nanotrubek a příbuzných nanočástic.

14. Self-assembly, topologické izomery (rotaxany, katenany, knotany), nanostroje.

Electronic materials available at the lecturer.

Lectures and selected texts in pdf format.

Studijní materiály k přednáškám u vyučujícího.

Přednášky a vybrané texty v pdf formátu.