1.1. ÚVOD - OSOBNÍ POHLED NA VZNIK SUPRAMOLEKULÁRNÍ CHEMIE

Rozměr: px
Začít zobrazení ze stránky:

Download "1.1. ÚVOD - OSOBNÍ POHLED NA VZNIK SUPRAMOLEKULÁRNÍ CHEMIE"

Transkript

1 1. ZÁKLADNÍ PJMY Ivan Stibor Ústav organické chemie, VŠCT, Praha, bsah 1.1. Úvod osobní pohled na vznik supramolekulární chemie 1.2. istorie doložitelná 1.3. Základní principy 1.4. Mezimolekulární interakce 1.5. R.MacKinnon a P.Agre: Iontové a vodní kanály Nobelova cena za chemii Závěr 1.7. Literatura 1.1. ÚVD - SBNÍ PLED NA VZNIK SUPRAMLEKULÁRNÍ CEMIE Interpretací vzniku i existence supramolekulární chemie je mnoho a jsou, mírně řečeno, velmi různorodé. Nelze začít jinak než logicky bezchybnými definicemi obou Nobelistů (D. J. Cram a J.-M.Lehn), první vytváří a důsledně dodržuje koncept host-guest chemistry druhý stejně důsledně koncept supramolecular chemistry. K těmto dvěma výrazným osobnostem budiž po pravdě řečeno, že se s malou nadsázkou osobně setkali pouze na ceremonii udělování Nobelovy ceny. Jinak se oba velmi důsledně vyhýbali jakémukoliv přímému kontaktu včetně odborných setkaní všeho druhu. Jejich organizátoři dobře věděli, že buď můžete mít Lehna, nebo Crama, toho prvního snadněji, neboť mu cestování méně vadí. Jiného Nobelistu, Vlado Preloga - našeho (VŠCT) slavného alumni uctím vzpomínkou na jeho mimochodem pronesenou větu: a Cram mi řekl, že na to nasadil 20 PhD studentů a postdoků, abych toho raději nechal, která charakterizuje mnohdy velmi komplikované mezilidské vztahy těchto vědeckých velikánů. V.Prelog přesto zanechal nesmazatelnou stopu v oboru, byť pouze s jedním spolupracovníkem. Za všechny kritiky pojmu supramolekulární chemie jmenuji dva. Nejprve vždy noblesního Rudolfa Zahradníka, který mi v diskusi na zcela jiné téma přátelsky řekl: jen ten váš nešťastný termín supramolekulární chemie. Razantní kritiky nechť reprezentuje Carlo Floriani, pověstný tím, že na začátku své vždy vynikající přednášky těžce urazil pokud možno všechny své hostitele. Ten supramolekulární chemiky nazval přiléhavým cartoon-makers a při žádné příležitosti si neodpustil zdůraznit, že N je jiný, protože N nedělá sloučeniny pro krásu jejich obrázku. N si staví vysoké cíle, JE preparace se dělají s desítkami gramů bez chromatografie a výtěžky v JE publikacích jsou preparativní, JE komplexy mají vždy doloženou strukturu (minimálně krystalografie) i funkci... a měl pravdu. Má osobní náklonnost pro supramolekulární chemii prudce vzrostla v okamžiku, kdy naproti sedící J.-M.Lehn (JML), zde ve staré budově ÚCB potvrdil Jiřímu Závadovi, že by o jednoho přestárlého postdoka z Prahy měl zájem a že je ochoten i počkat až ho prokádrují. Slovo dělá muže, přestože to čekání se protáhlo na 2,5 roku. Jednoho dne jsem ale po úspěšném absolvování celodenního testování, zda má psyché vydrží roční nápor kapitalismu (a razantním zákroku ředitele ÚCB Martínka) mohl zavolat do Štrasburku a vykoktat, že mohu přijet zítra. Přijeď, zaznělo z telefonu, a tak se stalo, že jsem se v srpnu 1987 ocitl v laboratořích JML, kde v tu dobu na celé Univerzitě L.Pasteura byli přítomni pouze dva JML (do práce nechodí pouze dopoledne) a já. Důvod byl prostý: ve Francii jsou v srpnu vacance, což ví každý. Nicméně načasování bylo přesto bezchybné, neboť za šest neděl přišla zpráva ze Stockholmu, že JML má Nobelovu cenu. Následující měsíc prošla jeho 1

2 laboratořemi celá plejáda supramolekulárních celebrit (vedle novinářů, televizních reportérů a mnoha chemických hochštaplerů ) a ukázalo se, že se sklenkou Vin d Alsace v ruce lze navázat cenné známosti. Vzhledem k této celkem slušné znalosti osob, které udávaly tón při vzniku supramolekulární chemie, dovolím si nabídnout vlastní interpretaci vzniku tohoto oboru. Supramolekulární chemie vznikla, protože pro její vznik nastaly vhodné podmínky. Strukturní analýza (a zvláště NMR techniky) dovolila nahlédnout do struktury řady zajímavých funkčních sloučenin například ionoforů. V téže době Charles Pedersen, typický syntetik-šťoura (kterého málo zajímá produkt vzniklý ve výtěžku přes 90 %, ale celou svoji erudici napře na oněch 0,4 % krystalů, které vznikly také), nabídl po téměř pětiletém firemním výzkumu (když u firmy DuPont patrně již zjistili, že tento objev lidstvo nespasí) krystalicky průhlednou strukturu crownetherů i jejich komplexů. Koncepci, že do malé díry se vejde malý kulatý ion a do velké zase velký, pochopí každé malé dítě, bez ohledu na to, že to v naprosté většině případů tak není. TP + Cl Cl 1. Na, nbu 2. +, 2 TP TP 0,4 % krystaly Na + Schéma 1.1. Pedersenova nechtěná syntéza prvního crownetheru Cramovy i Lehnovy ligandy, komplexující kationty z výsledků Pedersena nepochybně vycházejí. Dnes po létech lze říci, že se původní naděje vkládané do této nové skupiny látek naprosto nesplnily. Neexistuje žádná velká aplikace crownetherů (včetně těch chirálních), kryptandů, sferandů a karcerandů. Tyto a jiné sloučeniny, které představovaly hlavní předmět studia supramolekulárních chemiků, však přinesly to nejpodstatnější definici a popis obecných principů, které řídí vznik a vlastnosti supermolekul molekulárních komplexů všech typů. Jednoduchost studovaných sloučenin umožnila tyto zákonitosti nejen definovat, ale i experimentem potvrdit či vyvrátit. To je hlavní zásluha supramolekulární chemie. Nevadí, že naše představy jsou mnohdy naivní a nesprávné, nevadí, že stále žasneme nad dokonalostí přírodou užívaného molekulárního designu. Za to, co bylo již uděláno, si supramolekulární chemie zaslouží svoji existenci, přestože je její definice čím dál tím obtížnější. Všichni se ale shodují, že jde o disciplinu mezioborovou. Proto, o co je obtížnější definice supramolekulární chemie, o to jednodušší je definovat nároky na supramolekulárního chemika. Nezbytně by měl být zběhlý v chemii anorganické, organické i fyzikální, nejméně na úrovni renomovaných Advanced učebnic. Měl by mít praktické zkušenosti se syntetickou chemií a schopnost vynalézavě využívat všechny metodiky instrumentální analytické chemie. Upřímně, není mnoho lidí v tomto oboru (včetně autora této kapitoly), kteří by uvedené nároky splňovali ale existují. 2

3 1.2. ISTRIE DLŽITELNÁ V tomto okamžiku považuji za vhodné probrat a komentovat jednotlivé historicky doložitelné body, které formovaly vznik a vývoj supramolekulární chemie Sir umphrey Davy objev hydrátu chloru 1823 Michael Faraday vzorec hydrátu chloru 1841 C. Schafhäutl interkaláty grafitu 1891 Villiers a ebd cyklodextrin a jeho inkluzní sloučeniny Všechny shora uvedené příklady spadají typicky mezi molekulární komplexy. Tato pozorování však předběhla dobu nebyly k disposici prostředky, které by dovolovaly strukturně i funkčně popsat tyto zajímavé sloučeniny Alfred Werner koordinační chemie Nepochybně zcela ojedinělý intelektuální výkon, který zobecnil zákonitosti vzniku koordinačních sloučenin včetně jejich optické aktivity. Dodnes nese koordinační chemie odkaz svého objevitele soustřeďuje se především na centrální ion(ty) kovu a málo se zabývá povahou a strukturou obvykle organických ligandů okolo Emil Fischer koncepce zámku a klíče (lock and key) 1906 Paul Ehrlich zavádí pojem receptor Dva pohledy z jiné strany zavádí se pojem receptor jako výsledek poznání, že bez vazby není účinek, dále se zavádí princip geometrické (velikost a tvar) komplementarity. Tím byl položen základ molekulárního rozpoznání K.L.Wolf termín Űbermolekűle (např. dimer kyseliny octové) 1948.M.Powell zavádí termín klathrát jako sloučeninu, kde jedna komponenta je obsažena ve struktuře druhé komponenty Watson a Crick struktura DNA Poznání struktury DNA má dodnes zásadní vliv jde o vysoce organizovanou a funkční supramolekulární strukturu, navíc polymerní, složenou z velmi omezeného množství stavebních jednotek. Není lepší příklad na funkci a význam vodíkových vazeb D.Crowfoot odgkin krystalová struktura vitaminu B 12 Vedle nepochybného významu poznání struktury fyziologicky významného komplexu se ukázalo, že krystalovou strukturu lze vyřešit i u velmi komplikované sloučeniny. Krystalografické metody se tak stanou významnou a mnohdy nenahraditelnou metodikou při poznávání struktury a funkce složitých supramolekulárních biomolekul N.F.Curtis první makrocyklická Schiffova báze 1967 C. Pedersen crownethery 1968 Park a Simmonds katapinandy, ligandy pro anionty 1969 J.-M.Lehn syntéza prvního kryptandu 1969 J.L.Atwood kapalné klathráty alkylaluminiových solí 1973 D.J.Cram ost-guest Chemistry, sferandy testující koncept předorganizace 1978 J.-M.Lehn zavádí termín supramolekulární chemie jako chemie nadmolekulárních struktur a mezimolekulárních vazeb 1979 Gokel a kahara zavádí lariat ethery, jako podskupinu crownetherů 1981 Vögtle a Weber - podandy a jejich nomenklatura 1987 Cram, Lehn, Pedersen Nobelova cena 1996 Atwood, Davies, MacNicol, Vögtle Comprehensive Supramolecular Chemistry representativní dílo, charakterizující stav oboru. Druhé vydání se připravuje P.Agre a R.MacKinnon Nobelova cena struktura a funkce vodních i iontových buněčných kanálů 3

4 1.3. ZÁKLADNÍ PRINCIPY Ze základních principů supramolekulární chemie se zmíním pouze o těch nejdůležitějších. Dříve, než tak učiním, je třeba po pravdě přiznat, že zvláště první princip chelátový efekt pochází z hlubokého chemického dávnověku. Je spojen s koordinační chemií, která má velmi dlouhou historii a tradičně patří do anorganické chemie. Považuji za nezbytné o této vědní disciplině něco říci a využívám k tomu text z pera člověka nejpovolanějšího (F. Jursík: Anorganická chemie kovů, skripta VŠCT, 2002, kapitola 3) koordinační chemii a jejím vztahu k chemii supramolekulární. Interakce Lewisových kyselin a bází je obecným principem vysvětlujícím donor-akceptorové vazby v chemii nekovů i kovů. V té druhé oblasti, a zvláště u přechodných kovů, je tak typická, že sklon atomů těchto prvků k přijetí elektronové dvojice jde tak daleko, že kationty přechodných kovů jsou ve vodném roztoku i pevné fázi obsaženy v podobě koordinačních sloučenin aquakomplexů. Tak například v hydratovaném síranu železnatém FeS je přítomen kation železa ve formě hexaaquaželeznatého kationtu s koordinovanými molekulami vody. 2 2 Fe Fe Schéma 1.2. Snadná tvorba koordinačních sloučenin kationtů přechodných kovů Koordinačních sloučenin je známo právě díky shora uvedené vlastnosti velmi mnoho a mají často výrazné zabarvení, které závisí na centrálním atomu (Lewisově kyselině) i ligandech, (Lewisových bázích) které ho obklopují. Termín ligand tak má v tomto oboru tradiční a velmi dobře zabydlené místo, z čehož vzniká řada nedorozumění při používání tohoto termínu v jiných oborech (supramolekulární chemie, biochemie, bioorganická chemie). Vznik velkého množství často výrazně barevných a stálých sloučenin vyvolal snahu o nalezení teorie, která by tato experimentální pozorování vysvětlovala. Nejprve vznikla tak zvaná katenační teorie, inspirovaná katenačními schopnostmi atomu uhlíku. Ta nebyla schopna podat uspokojivý výklad o prostorové stavbě koordinačních sloučenin a zcela selhala při posuzování povahy isomerie. Zásadní obrat přinesl až Alfred Werner, který ve svých 27 letech vypracoval dodnes platnou koordinační teorii psal se rok Tato teorie je výjimečná i svým vznikem, který její autor popisuje takto: ve dvě hodiny ráno přišla inspirace jako blesk, vstal a začal jsem a v pět hodin odpoledne téhož dne byla jeho teorie v hlavních rysech hotova. Werner pochopil, že konečný důkaz o správnosti své teorie nalezne ve studiu stereochemie koordinačních sloučenin. Byl také první, kdo vytušil, že isomerie není vázána pouze na uhlíkový atom. Uvědomme si, že to bylo pouze 19 let od první zprávy o tetraedrickém uspořádání vazeb okolo atomu uhlíku (J..van t off 22 let). Principy Wernerovy teorie koordinačních sloučenin lze shrnout do tří bodů: 1. Většina prvků vytváří dva typy vazeb: hlavní (jejich počet odpovídá oxidačnímu číslu) a vedlejší (jejich počet odpovídá koordinačnímu číslu). 2. Každý prvek se snaží nasytit oba typy vazeb. 3. Vedlejší vazby jsou určitým způsobem orientovány v prostoru. 4

5 Dnešní koordinační chemie je velmi dobře propracovaná a zabývá se jak centrálními atomy, tak ligandy i jejich vzájemnou interakcí. Cílem je samozřejmě porozumět a předpovědět strukturu a funkci koordinačních sloučenin. Pokud jde o ligandy koordinační chemie akceptovala pojem chelát pro sloučeniny s vícevaznými ligandy, velmi často jsou studovány i mimořádně důležité můstkové ligandy které jsou v oboru supramolekulární chemie stále spíše výjimkou. Jednou z charakteristických vlastností koordinačních sloučenin, která nemá co do rozsahu v chemii obdoby, je isomerie mnoha typů, které se mohou v komplexech uplatňovat jednotlivě, případně i v kombinacích. Tuto skutečnost by každý supramolekulární chemik měl mít neustále na paměti, protože není jediného důvodu, proč by v supramolekulárních komplexech neměly existovat stejné typy isomerie jako v komplexech koordinačních. U koordinačních sloučenin lze doložit tyto typy isomerie: geometrická, optická, ionizační, hydrátová, koordinační a vazebná. Budeme je dále ilustrovat na příkladech konkrétních sloučenin. - geometrická Cl Pd Br N Cl Pd Br N N 2 Rh N 2 N 2 Rh N 2 N 2 cis trans mer N 2 fac br Geometrická isomerie koordinačních sloučenin - optická N 2 Pt Cl Cl Cl Cl Pt N 2 N 2 N 2 br ptická isomerie koordinačních sloučenin - ionizační (její vysvětlení následujícími vzorci nevyžaduje komentář) [Co( ) 5 Br] S 4 [Co( ) 5 S 4 ]Br - hydrátová (jde o zvláštní případ shora uvedené) Cr 3 Cl. 6 2 = [Cr( 2 ) 4 Cl 2 ]Cl.2 2 ve vodném roztoku [Cr( 2 ) 5 Cl]Cl koordinační Její podstata vychází z možnosti měnit rozdělení ligandů mezi dva centrální atomy týká se sloučenin s komplexním kationtem i aniontem a také vícejaderných komplexů, například: [Co( ) 6 ] [Cr(CN) 6 ] a [Cr( ) 6 ] [Co(CN) 6 ] nebo (v tomto případě často nazývaná polohová ) 5

6 Cl Co Co Cl Cl Co Co Cl polohové br Koordinační isomerie koordinačních sloučenin - vazebná - (její vysvětlení následujícími vzorci nevyžaduje komentář) 2 2 ( ) 5 Co N ( ) 5 Co N br Vazebná isomerie koordinačních sloučenin becně lze jistě říci, že čím složitější strukturu mají ligandy a centrální atom (zde myslíme na vícejaderné komplexy), tím větší spektrum isomerie musíme pro každý komplex uvažovat. Nástin vazeb v koordinačních sloučeninách Již od okamžiku, kdy bylo zřejmé, že jednoduché sloučeniny přechodných kovů mají dostatek kapacity pro přijetí elektronových párů od donorových atomů a tím k tvorbě koordinačních sloučenin, bylo vynakládáno mimořádné úsilí směřující k vysvětlení samé podstaty vazby kov ligand. Pokrok přinesla až Lewisova teorie kyselin a bází a zejména poznatky kvantové chemie. Na jejich podkladě bylo vypracováno několik modelů vazby kov ligand, které se svou podstatou neliší (a také nemohou lišit) od těch, které byly vypracovány pro tak zvané kovalentní sloučeniny. Důvod je prostý. Vazby kov ligand, i když jsou donor-akceptorového původu, mají až na výjimky také kovalentní povahu. Podstata je tedy shodná, poměry doprovázející donor-akceptorovou interakci jsou ale složitější. Zásluhu na tom má elektronová struktura přechodných kovů s částečně zaplněnými orbitaly d a f. A tak vazbu kovligand popisují tři teorie (teorie valenčních vazeb, krystalového pole a molekulových orbitalů). Jejich výklad lze nalézt v citovaném skriptu i v kterékoliv učebnici anorganické chemie. Můžeme doufat, že s rozvojem výpočetních metod (hardware i software) se dočkáme situace, kdy vazby všech typů v konkrétních sloučeninách budou pojednatelné těmito metodami, což postaví všechny typy chemie (zde jmenuji zvláště anorganickou, koordinační, organickou, organokovou, supramolekulární) na společný základ. To je ale hudba budoucnosti a my se nyní vrátíme zpět k principům supramolekulární chemie Chelátový a makrocyklický efekt Chelátový a makrocyklický efekt nejlépe charakterizuje následující obrázek

7 N 2 3 N Ni 3 N N N 2 log K = 8,76 2 N N 2 Ni 2 N N N 2 [Ni( ) 6 ] 2+ [Ni(N 2 C 2 C 2 N 2 ) 3 ] 2+ br Pojem chelátový efekt Výměna amoniaku za ethylendiamin probíhá okolo centrálního atomu niklu spontánně a vznikající komplex má o více než osm řádů vyšší stabilitu. Tento jev má jen málo výjimek pro komplexy v roztoku a nazýváme ho chelátový efekt. Jeho existence a vysvětlení však zdaleka není bez problémů. Mimo vší pochybnost jde o vliv struktury ligandu (zde ethylendiamin). Jeho vhodná struktura maximalizuje konformační i elektrostatický příspěvek ke stabilitě komplexu. Definuje se tak zvaný úhel skousnutí (bite angle), jehož velikost závisí pochopitelně na centrálním atomu kovu. Vzniklý pětičlenný cyklus bývá nejvýhodnější. Šestičlenný kruh, který by vytvořil například 1,3-diaminopropan, je podstatně méně entropicky výhodný, neboť je konformačně volnější. Námitky k definici chelátového efektu jsou v podstatě dvojího druhu. První se týká definice stability komplexu s monodentátním (amoniak) a bidentátním (ethylendiamin) ligandem. Tyto konstanty nelze porovnávat (viz dále), neboť nemají ani stejný fyzikální rozměr. Chelátový efekt obvykle mizí, uvažujeme-li shora uvedenou reakci v plynném stavu. Je tedy většinou velmi úzce spjat s rolí rozpouštědla. A právě efekt rozpouštědla se velmi špatně kvantitativně popisuje, neboť nejde o (velmi) zředěné, ale reálné roztoky elektrolytů. Makrocyklický efekt má podobnou povahu, jen je spojen s existencí makrocyklu. I zde nám velmi pomůže obrázek. Dá se říci, že oba komplexy na br mají velmi podobné ligandy, charakterizované čtyřmi N-donory oddělenými stejným počtem methylenových skupin. Přesto makrocyklický komplex, který dává donorovým centrům daleko menší konformační volnost, má o čtyři řády vyšší stabilitu toto zvýšení stability komplexu, spojené se vznikem makrocyklu, nazýváme makrocyklický efekt. V tomto případě mají obě konstanty stability stejný rozměr a lze je tedy přímo srovnávat. V literatuře lze nalézt podobný pojem makrobicyklický efekt, jehož význam je analogický N N N N M M N N N 2 N 2 br Pojem makrocyklický efekt M = Zn, Cu 7

8 Předorganizace a komplementarita Aby vůbec k vazbě hostitel host došlo, musí mít oba alespoň jedno vazebné místo, častěji více vazebných míst. Tyto dvojice vazebných míst často nazývané párové nebo elementární interakce - musí mít navíc odpovídající elektronický charakter (např. polarita, donor-akceptor vodíkové vazby, tvrdost-měkkost), aby se vzájemně doplňovaly. Donor vodíkové vazby musí interagovat s jejím akceptorem, Lewisova kyselina musí nalézt Lewisovu bázi a vše se musí dít v trojrozměrném prostoru tak, aby vazebná místa hostitele nalezla vazebná místa hosta ve správné a výhodné konformaci pro vytvoření interakce. Když hostitel vyhoví všem těmto kriteriím, říkáme, že je komplementární s hostem. Jestliže navíc hostitel při tvorbě komplexu nemění svoji konformaci v daném prostředí host k němu elektronicky i tvarově přesně padne hovoříme o předorganizaci hostitele. ba tyto pojmy byly odvozeny pro případy, kdy hostitel je složitá organická molekula a host je jednoduchý geometrický útvar (například sférický ion), jehož předorganizace je nemožná. Nahlížíme-li na věc obecně, pak libovolná interakce dvou a více částic musí vyhovovat stejným principům. Často těžko rozhodneme, kdo je hostitel a kdo host. V takovém případě platí pojem komplementarita a předorganizace stejně pro obě interagující částice. Předpokládáme-li pro jednoduchost, že celý děj vzniku komplexu se odbývá v nekonečném zředění v plynném stavu (zanedbáváme interakce částic navzájem i interakce s rozpouštědlem), můžeme celý děj rozdělit zhruba na dva, často souběžně probíhající děje. Nejprve dojde ke změně konformace, kdy se intermolekulární interakce musí změnit natolik, aby vazebná místa byla ve správných posicích a orientacích pro vytvoření párových interakcí s druhou částicí. Toto je energeticky nevýhodný proces a předpokládáme-li pevný, stálý komplex, dodanou energii nikdy nezískáme zpět. Druhou částí je vytvoření komplexu pomocí řady vzniklých párových interakcí. Tato část je energeticky výhodná, protože dochází k enthalpické stabilizaci komplementárních vazebných míst. Celková energie vzniku komplexu je pak sumou energeticky nevýhodné a výhodné části. Částice dobře předorganizované mají první, nevýhodnou část minimální. Předorganizace má významný vliv na kinetiku tvorby komplexu. Silně předorganizované struktury bývají obvykle velmi rigidní. Jako takové mají obvykle potíže při vlastním procesu komplexace, který je charakterizován aktivační energií, jako jakýkoliv jiný proces. Ta v tomto případě bývá vysoká a v důsledku toho je tvorba komplexu pomalá. To platí stejně o rozpadu komplexu. Konformačně flexibilní částice zaujmou postavení tranzitního stavu komplexace snadno, aktivační energie tohoto procesu je malá a tvorba i rozpad takových komplexů je rychlé. Vliv solvatace je sice složitý, ale platí jednoduché pravidlo, že efekt předorganizace bývá v roztoku zvýrazněn, neboť solvatace volné částice bývá větší než solvatace vytvořeného komplexu, kdy jsou obě částice zabaleny do sebe. Rozpouštědlo tedy obvykle zvýší energetickou náročnost prvního nevýhodného kroku, kdy se vazebná místa reorganizují do komplementárního stavu. Předorganizovaná částice má tuto nevýhodnou část minimalizovanou a tím i její zvýšení solvatací nemá významný efekt. Následující obrázek ilustruje jev předorganizace dvěma v supramolekulární chemii klasickými příklady Pedersenův crownether a Cramův sferand. 8

9 sferand (Cram) [18]crown-6 (Pedersen) br Vliv předorganizace na selektivitu a stabilitu vzniklého komplexu bou typů sloučenin bylo připraveno velké množství. becně se crownethery řadí k makrocyklům, které jsou flexibilní a mohou zvláště ty větší zaujmout množství energeticky téměř ekvivalentních konformací. Tvoří-li se komplex s kationtem, volné elektronové páry kyslíků se musí zreorganizovat tak, aby v maximální možné míře obklopily sférický kation. To například v polárním prostředí představuje velmi energeticky náročný proces, protože v tomto prostředí je volný crownether právě v opačné konformaci, kdy elektronegativní atomy kyslíku jsou obráceny do rozpouštědla, kde jsou velmi dobře solvatovány a hydrofobní ethylenové můstky mají tendenci maximálním přiblížením minimalizovat interakci s polárním prostředím. Proto stability komplexů crownetherů s kationty jsou v polárním prostředí mnohonásobně (o mnoho řádů) menší, než v prostředí nepolárním. Tento efekt je tím větší, čím je crownether flexibilnější (větší). V případě sferandů je situace opačná. Struktura sferandu je navržena tak, že šest methoxylových skupin se do centrální kavity nevejde a vzniká tak velmi rigidní konformace volného ligandu, charakteristická střídavě vytočenými benzenovými jádry. Tak vznikne trojrozměrná kavita mezi šesti methoxylovými skupina, jejíž rozměry přesně vyhovují iontovému poloměru lithného kationtu, méně přesně sodného kationtu a vůbec nevyhovují draselnému kationtu. To způsobuje, že rozdíl v selektivitě mezi předorganizovaným sferandem a flexibilním crown-etherem může dosáhnout až Kinetická a termodynamická selektivita Cílem návrhu struktury ligandů (hostitelů) bývá často dosažení selektivity. Snažíme se často navrhnout strukturu, která by byla schopna rozlišit mezi mnoha substráty (hosty). To platí pro syntetické molekuly stejně jako pro biologicky významné receptory. Tak například ion železa v hemoglobinu je komplexován součinně koenzymem i bílkovinou tak, aby jeho afinita ke kyslíku i oxidu uhličitému ležela v takových mezích, které jsou pro biologickou funkci nezbytné. Navíc tato funkce nesmí být porušena přítomností přebytku dusíku. Jiný příklad selektivity uvidíme v druhé části této kapitoly o iontových a vodních buněčných kanálech. Takto jemně laděné selektivity nebylo ještě pro syntetické ligandy dosaženo. Přesto je vhodné dosaženou selektivitu nějakým kvantitativním způsobem charakterizovat. Afinitu hostitele k určitému hostu charakterizujeme konstantou stability vzniklého komplexu (binding constant), která reprezentuje rovnovážnou konstantu rovnice tvorby komplexu. 9

10 [hostitel] + [host] [hostitel. host] (1.1.) tázce stanovení stability komplexu pomocí nejrůznějších metod bude věnována samostatná přednáška v druhé části tohoto kurzu. Nicméně, tato forma selektivity termodynamická selektivita - je nejběžnější a dá se docílit často obtížným, ale obvykle úspěšným molekulárním designem struktury ligandu (hostitele) pro daného hosta. Využívá se přitom shora uvedených principů a pokud možno detailní znalosti struktury a povahy vazebných míst u hosta. Vedle toho ale existuje jiný typ selektivity. V tom případě nám nejde o to, jak stabilní komplex vznikne, ale jak rychle tento komplex vzniká. Již bylo shora uvedeno, že rychlost vzniku komplexu závisí na předorganizaci. Vedle toho závisí na mnoha dalších faktorech. V přírodě řada enzymů katalyzuje nejrůznější reakce tím, že stabilizuje jejich tranzitní stav. Enzym přitom vytvoří s výchozí látkou reakce málo stálý, ale rychle vznikající komplex, ve kterém stabilizuje takovou strukturu výchozí látky, která je blízká její struktuře v tranzitnímu stavu katalyzované reakce. Tím dojde k zásadnímu snížení aktivační energie reakce, což je projevem katalýzy. V tomto procesu naprosto nevadí, že termodynamická stabilita vznikajícího komplexu je malá důležité je, že pro danou výchozí látku vzniká tento komplex rychle a pro všechny ostatní pomalu. Tomuto jevu říkáme kinetická selektivita, která má velký význam v katalýze, konstrukci čidel a senzorů i transportních jevech obecně. Molekulární design látek ligandů, vykazujících kinetickou selektivitu, je velmi obtížný, neboť na rozdíl od termodynamické selektivity je jeho nezbytným předpokladem detailní znalost mechanismu celého děje. V naprosté většině případů se dodnes pracuje metodou analogie se známými případy, nebo metodou pokus-omyl MEZIMLEKULÁRNÍ INTERAKCE Supramolekulární chemie se v podstatě zabývá tak zvanými nevazebnými interakcemi. Již z toho, co je známo z koordinační chemie, je zřejmé, že je to velké zjednodušení. Přesto je výhodné ve stručnosti pojednat o interakcích, které v supramolekulární chemii hrají významnou roli. Tato část je v podstatě zkráceným textem kapitoly 5 ze skripta Molekulární design (Stibor, Lhoták; skriptum VŠCT Praha, 1997). Díky mnohočetnému výskytu různých slabých interakcí mezi dvěma interagujícími molekulami dochází ke sčítání jejich celkového účinku, který pak může být dokonce významnější, než by tomu bylo s využitím klasické vazby. Tato vlastnost těchto interakcí se B A B A B A C D b a G C D b e a f G C D c d b e a f G E F E F E F br Aditivita slabých interakcí a) označuje termínem princip aditivity, který je schematicky znázorněn na obrázku 1.8. Je zřejmé, že interakce mezi hostitelem a hostem G zachycená na obrázku a) je méně příhodná ke vzniku pevného intermolekulárního komplexu, než situace b) nebo c), přičemž rozdíl spočívá v četnosti vzájemných interakcí. Předpokladem je samozřejmě vzájemná komplementarita interagujících vazebných center, pokud jde o charakter slabých sil a jejich b) c) 10

11 geometrické (prostorové) uspořádání. Matematicky můžeme tuto situaci popsat pomocí aditivních volných energií individuálních interakcí G G = G Aa + G Bb + G Cc + G Dd +... popřípadě pomocí individuálních konstant stability. K G = Κ Aa. Κ Bb. Κ Cc. Κ Dd... Tato vlastnost umožňuje za určitých okolností určit kvantitativně příspěvek jednotlivé slabé interakce k celkovému procesu komplexace..-j.schneider, profesor na universitě v Saarbrückenu publikoval na toto téma řadu mimořádně zajímavých prací a o podobnou věc u interakce peptidů a bílkovin se pokusil Dudley Williams z xfordu. Výsledky prvního z nich lze nalézt na jeho www stránkách (http://www.uni-saarland.de/fak8/schneider/), u druhého je nutno odkázat na přehlednou a původní literaturu. Na základě modelových látek můžeme dojít k lepšímu pochopení mezimolekulárních interakcí a pravidel, kterými se řídí molekulární rozpoznání. becně přijaté dělení podle mechanismu jejich vzniku rozpoznává čtyři základní druhy nevazebných intermolekulárních interakcí: - elektrostatické interakce - induktivní síly - disperzní síly - donor-akceptorové interakce Elektrostatické interakce Pravděpodobně nejjednoduššími nevazebnými silami z hlediska pochopení mechanismu jejich vzniku jsou elektrostatické síly, uplatňující se při vzájemných interakcích nabitých částic, popř. částic vykazujících permanentní dipólmoment (látky s nesymetrickým rozložením elektronové hustoty), popř. kvadrupól. Při jejich popisu je možné vyjít z geometrické představy znázorňující jednotlivé typy interakcí: ion-ion interakce si lze geometricky přiblížit jako bod-bod interakci br Ion-ion interakce 11

12 ion-dipól interakce představuje bod-vektor interakci, br Ion-dipól interakce interakce mezi dvěma dipóly pak reprezentuje vektor-vektor interakci br Dipól-dipól interakce Pokud jde o velikost výše zmíněných sil, je zřejmé, že nejsilnější vzájemná interakce bude u dvou bodových nábojů e 1 a e 2, kde je síla interakce F dána vzorcem: ee 1 2 F = 2, 4πε r přičemž ε 0 představuje permitivitu prostředí a r je vzdálenost obou interagujících částic. Elektrostatické síly mezi dvěma náboji se někdy také označují jako coulombické síly a jejich doménou je anorganická, popř. koordinační chemie tedy velmi zhruba řečeno chemie iontových látek. Jejich význam z hlediska molekulárního designu spočívá hlavně v "host- -guest" chemii iontových látek, jako je např. komplexace kationtů či aniontů. Jsou mezi elektrostatickými silami jedinými, kde nezáleží na vzájemné geometrii interagujících částic - isotropní interakce. Pro sílu ion-dipólové nebo dipól-dipólové interakce lze odvodit podobný vztah, kde ovšem vzdálenost r vystupuje jako r -5, popřípadě r -7, takže obě zmíněné interakce jsou mnohem kratšího dosahu než coulombické síly. Přesto však zvláště dipól-dipólové interakce (známé také jako Keesonovy síly) tvoří rozhodující složku intermolekulárních interakcí polárních organických látek. Z dalších je možné připomenout ještě interakci ion-kvadrupól, tvořící hlavní složku tzv. kation-π interakcí u aromátů (viz dále) Induktivní síly Přiblížením molekuly s permanentním dipólem k neutrální částici dochází k vybuzení dipólu v neutrální molekule a tím i ke vzniku atraktivních sil mezi oběma částicemi (br. 1.12). Výsledné síly (někdy označované jako Debyeovy síly) jsou úměrné vzdálenosti r -7 a přímo závisí na velikosti dipólmomentu a polarizovatelnosti neutrální molekuly. Některými autory jsou induktivní interakce zařazovány mezi tzv. van der Waalsovy síly (viz dále). 0 12

13 δ δ+ δ + δ br Vznik induktivní interakce mezi permanentním dipólem a neutrální částicí Disperzní síly U látek bez permanentního dipólu nebo náboje jsou nejdůležitějšími interakcemi síly disperzní, někdy označované také jako síly Londonovy nebo van der Waalsovy, které jsou zodpovědné například za uspořádání molekul v krystalové mřížce nebo za interakce mezi nepolárními molekulami (díky nim je možné třeba zkapalňování alkanů nebo vzácných plynů). Podstatou těchto sil jsou interakce mezi indukovanými dipóly (multipóly) v jinak nepolárních látkách vznikajících při pohybu elektronů na orbitálních drahách. Jak je vidět z obrázku, vznik takového časově omezeného dipólu v jedné molekule vede k indukování podobného dipólu v molekule sousední, a tím i ke vzniku atraktivních sil. br Vznik disperzních přitažlivých sil v neutrálních částicích Disperzní síly ovšem nejsou pouze silami přitažlivými, ale i odpudivými. Přiblíží-li se dvě neutrální molekuly příliš blízko k sobě, jejich elektronové oblaky se začnou odpuzovat, takže zcela převládnou síly odpudivé. Jejich dosah je tedy mnohem kratší (jsou úměrné r -12 ) než přitažlivé složky (závislost na r -6 ) disperzních sil. Rovnováha těchto sil je velmi důležitá při uspořádání molekul v krystalové mřížce a také v "host-guest" chemii, protože jsou to právě odpudivé a přitažlivé disperzní síly (van der Waalsovy síly), které definují tvar a konformaci molekul. Grafické vyjádření závislosti disperzních sil na meziatomové vzdálenosti ilustruje obrázek

14 br Vztah mezi energií a vzdáleností r dvou neutrálních částic Donor-akceptorové interakce Vazba nemusí vznikat vždy jen spárováním elektronů ze dvou různých atomů, ale někdy je možné, že oba elektrony poskytuje pouze jedna z interagujících částic (donor), zatímco druhá částice působí jako jejich příjemce (akceptor). Pro tento případ je užíván název donor-akceptorová, dativní nebo koordinační vazba. bvykle je donorem látka obsahující volné (nevazebné) elektronové páry a akceptorem částice s prázdným molekulovým orbitalem. Klasifikace donorů a akceptorů. Jak bylo již předesláno u koordinačních sloučenin, lze z hlediska Lewisovy teorie kyselin a zásad všechny donory označit za Lewisovy báze a akceptory za Lewisovy kyseliny, proto na vznik donor-akceptorových komplexů lze pohlížet jako na acidobazický děj. V případě interakce protonu s amoniakem dochází ke vzniku amonného kationtu N 4 +, o kterém je známo, že všechny vazby N- jsou rovnocenné, takže donor-akceptorová interakce přechází vlastně v normální kovalentní vazbu. Je velmi obtížné předpovědět sílu donor-akceptorové vazby na základě znalosti chemické struktury donoru a akceptoru. Pokusy uspořádat donor-akceptorové komplexy podle síly dativní vazby vyústily až ve vytvoření Pearsonovy teorie tvrdosti a měkkosti bází a kyselin. Tyto vlastnosti nemohou být přesně změřeny, je však možné je kvalitativně popsat a vytvořit příslušný klasifikační systém. Byly vytvořeny čtyři skupiny látek: a) Měkké báze. Donorové atomy mají nízkou elektronegativitu a vysokou polarizovatelnost, snadno se oxidují, valenční elektrony nejsou pevně vázány. b) Tvrdé báze. Donorové atomy vykazují vysokou elektronegativitu a nízkou polarizovatelnost, obtížně se oxidují, valenční elektrony jsou silně vázány. c) Měkké kyseliny. Atomy akceptoru jsou velké, mají nízký pozitivní náboj, obsahují nevazebné elektronové páry ve svých valenčních sférách a vykazují vysokou polarizovatelnost a nízkou elektronegativitu. d) Tvrdé kyseliny. Atomy akceptoru jsou malé, mají vysoký pozitivní náboj, neobsahují nevazebné elektronové páry ve svých valenčních sférách a vykazují nízkou polarizovatelnost a vysokou elektronegativitu. Pro klasifikaci kyselin platí empirické pravidlo, že jsou-li stability jejich komplexů s různými donorovými atomy v pořadí: 14

15 N>>P>As>Sb>Bi; >>S>Se>Te; F>>Cl>Br>I, pak jsou tyto kyseliny tvrdé. pačná závislost stability komplexů je charakteristická pro měkké kyseliny. Je opět velmi obtížné stanovit přesné pořadí tvrdosti či měkkosti kyselin a zásad. Pro ilustraci, měkkost bází stoupá v řadě I - > Br - > Cl - > F - nebo případně - C 3 > - N 2 > - > F -, což ukazuje obecné trendy u analogických derivátů v periodické soustavě. Základem celé koncepce je postulát, že stejné má rádo stejné, tedy tvrdé báze (donory) upřednostňují reakce s tvrdými kyselinami (akceptory), zatímco měkké báze preferují měkké kyseliny. Tato koncepce neříká nic o skutečné síle kyseliny či zásady, ale hovoří o tom, že silný komplex vznikne interakcí D a A, pokud jsou obě částice měkké nebo tvrdé. Samotná Pearsonova koncepce nevychází z teorie, ale je založena na analýze velkého množství experimentálních dat. Teoretické vysvětlení výše zmíněných skutečností přinesla tzv. teorie hraničních orbitalů (Fukui). Tato teorie zjednodušeně říká, že za reaktivitu organických látek jsou obvykle odpovědné dva druhy orbitalů - M (highest occupied molecular orbital) a LUM (lowest unoccupied molecular orbital). Pro energii získanou překryvem orbitalů dvou interagujících molekul lze napsat následující rovnici, kde první člen vyjadřuje coulombický příspěvek, zatímco druhý člen představuje energetický příspěvek hraničních orbitalů: E QNuQEl = + ε R r E 2 ( c c β) Nu El E M( Nu) LUM( El) 2, kde Q Nu, Q El = celkové náboje na molekule nukleofilu, popř. elektrofilu ε r = lokální relativní permitivita R = vzdálenost mezi interagujícími částicemi c Nu, c El = koeficienty příslušných orbitalů β = rezonanční integrál E E = energetický rozdíl hraničních orbitalů M( Nu) LUM( El) Na obrázku 1.15.a) je zobrazena interakce M-LUM orbitalů, vedoucí k vytvoření kovalentní vazby a tím i energetickému zisku E 1. Podobná interakce jiných než hraničních orbitalů je spojena s mnohem menším energetickým ziskem (E 2 na br b), takže jejich vliv lze skutečně zanedbat. Na obrázku 1.15.c) je pak znázorněna situace, kdy M a LUM jsou energeticky velmi vzdáleny, takže vznikající vazba je velmi silná a vykazuje spíše iontovou povahu. Podle charakteru hraničních orbitalů lze rozdělit elektrofily popř. nukleofily na měkké a tvrdé: Tvrdé nukleofily mají M o nízké energii a obvykle nesou záporný náboj. Tvrdé elektrofily mají LUM o vysoké energii a obvykle mají kladný náboj. Měkké nukleofily mají M o vysoké energii a nemusí mít záporný náboj. Měkké elektrofily mají LUM o nízké energii a nemusí mít kladný náboj. To znamená, že interakce mezi tvrdým nukleofilem a tvrdým elektrofilem vede k interakci dvou energeticky vzdálených hraničních orbitalů (situace na br c)) a je způsobena převážně coulombickým příspěvkem. bdobně, reakce mezi měkkým elektrofilem a 15

16 nukleofilem (br a)) je umožněna díky velkému energetickému zisku vzniklému interakcí dvou energeticky rovnocenných hraničních orbitalů (kovalentní povaha vazby). br M-LUM interakce Spektrální důkaz slabých donor-akceptorových komplexů Při vzniku donor-akceptorového komplexu dochází k přesunu elektronové hustoty z donoru na akceptor. Proto jsou tyto komplexy také někdy nazývány charge-transfer komplexy (tento název je obvykle vyhrazen pouze pro slabé, tzv. molekulární komplexy, někdy se používá také termín EDA komplex = elektrondonor-akceptorový komplex). Přechod elektronu z obsazeného vazebného orbitalu ψ B do antivazebného ψ A má za následek vznik nového absorpčního pásu, který není přítomen ve výchozích látkách - charge transfer pás. Právě přítomnost tohoto nového pásu v UV/VIS spektrech směsi donoru a akceptoru spolehlivě indikuje výskyt slabých donor-akceptorových komplexů. Předpokládá se, že geometrie slabých charge-transfer komplexů není v roztoku pevně fixována a pro různé geometrie daného komplexu existují různé excitační energie hν CT. To má za následek rozmytí tvaru CT pásu za vzniku širokých bezvibračních struktur. Příklady intermolekulárních nevazebných sil v reálných prostředích V reálných prostředích působí všechny výše zmíněné nevazebné interakce společně, takže rozlišení a kvantifikace jejich individuálních vlivů jsou mnohdy velmi obtížné. Některé typy interakcí, běžně popisované v literatuře jako speciální druhy mezimolekulárních sil, se ukázaly být nedělitelnou směsí několika základních druhů. Z historických, popř. didaktických důvodů je však výhodné tyto interakce zahrnout do samostatných kapitol. V následujícím textu se tedy budeme věnovat popisu některých, které patří mezi nejvýznamnější složené (komplexní) nevazebné interakce Vodíková vazba Vodíkové vazby představují v organické chemii dlouho známý fenomén odpovědný např. za neobvykle vysoké teploty varu některých látek (např. 2,, F). Největší význam ale spočívá v jejich uplatnění v biochemických procesech, kde zásadním způsobem ovlivňují nebo zprostředkovávají životně důležité pochody, jako je párování bází v DNA, zachování sekundární struktury proteinů, činnost bioreceptorů, funkce enzymů a pod. Jejich význam spočívá také v tom, že jejich energie (8-12 kj.mol -1 ) odpovídá termálním fluktuacím 16

17 za fyziologických podmínek, takže mohou být spojeny či rozpojeny za podmínek živých biologických systémů. Vodíková vazba je výsledkem přitažlivých sil, které se objevují mezi donorem X-, kde vodíkový atom je vázán na silně elektronegativní atom X, a mezi akceptorem A (popřípadě více akceptory), kterým je jiný elektronegativní atom vázaný kovalentně v sousedství skupiny X-. Elektrony kovalentní vazby -X jsou posunuty směrem k elektronegativnějšímu atomu X, čímž dochází ke vzniku permanentního dipólu s kladným nábojem na atomu vodíku (br ). δ δ+ δ δ+ X A R br Vznik vodíkové vazby podle elektrostatické teorie Coulombickou interakcí mezi tímto dipólem a akceptorem A, který sám vykazuje zvýšenou elektronovou hustotu, pak může dojít ke vzniku vodíkové vazby, kde je atom vodíku vázán ke dvěma atomům. Tato tzv. elektrostatická teorie -B vazby je podpořena mnoha experimentálními poznatky, mezi které patří přímý důkaz rozložení elektronové hustoty kolem inkriminovaného vodíkového atomu (neutronová difrakce), anisotropní stínění v 1 NMR spektroskopii nebo spektrální IR charakteristiky -B vazeb. Často se ovšem zdůrazňuje také jiný fakt, a to směrový charakter vodíkové vazby. Ten je sice v případě -B vazby méně vyhraněný než u vazby kovalentní, ale i tak je toto zjištění v rozporu s elektrostatickou teorií jejího vzniku. Na obrázku 1.17 je zobrazena typická geometrie vodíkové vazby, kde úhel...-x je blízký 120 stupňům, což by odpovídalo zapojení jednoho nevazebného elektronového páru kyslíku do -B vazby. Dnes přijímaný názor tedy říká, že -B vazba je tvořena br Typická geometrie silné vodíkové vazby převážně coulombickými silami s příspěvkem dalších slabých interakcí jako např. donor-akceptorových nebo indukčních. Silná a slabá vodíková vazba Jak již bylo naznačeno, nejsilnější vodíková vazba vzniká tehdy, je-li donor X- velmi elektronegativní atom a zároveň akceptor A vykazuje co nejvyšší elektronovou hustotu. Za těchto podmínek vzniká silná -B vazba, která může být stejně silná jako kovalentní, lépe řečeno: -B vazba plynule přechází do vazby kovalentní. Díky tomu, že výsledná vazba je téměř symetrická, nelze prakticky rozpoznat, který z atomů je donorem a který akceptorem. Jako příklad můžeme uvést vodíkovou vazbu v systémech F-...F -, nebo

18 Vzdálenost...A je v těchto případech pm, přičemž platí, že délka vazby -X je přibližně stejná jako...a. proti tomu slabé vodíkové vazby, jejichž podstatnou částí jsou elektrostatické interakce, vykazují nesymetrické X-...A uspořádání, mnohem delší vzdálenost...a, nízkou směrovost a mnohem nižší vazebnou energii ( E < 20 kj mol -1 ). lavní rozdíly mezi silnou a slabou vodíkovou vazbou jsou shrnuty v tabulce 1.1. Tabulka 1.1. lavní rozdíly mezi silnou a slabou vodíkovou vazbou. Vlastnost Silná -B vazba Slabá -B vazba Typ vazby F-...F - X-...A, kde A je elektro negativní atom Charakter vazeb pouze dvoucentrové vazby dvou, tří a čtyřcentrové vazby Délka vazeb úzké rozmezí široké rozmezí...a je pm...a je pm...a X-...A > X- Vazebné úhly Silně směrové Slabě směrové X-...A 180 o X-...A 160 ± 20 o Vazebná energie > 50 kj mol -1 < 20 kj mol -1 IR vibrace < 1600 cm cm -1 Konfigurace vodíkové vazby Vznik vodíkové vazby zásadním způsobem ovlivňuje spektrální a strukturní vlastnosti původní kovalentní vazby X-, a proto byla těmto látkám věnována značná pozornost. Většina studovaných -B interakcí patřila ovšem zpočátku mezi silné vodíkové vazby (F, Cl...) a v souvislosti s tím přežívají dodnes v obecném povědomí některé mylné názory na fenomén vodíkové vazby. Je třeba zdůraznit, že takové vlastnosti, jako je linearita X-...A vazby, popř. krátká...a vzdálenost (mnohem menší než je vzdálenost vyplývající z van der Waalsových poloměrů), jsou typické pouze pro silné -B vazby. U slabých vodíkových vazeb, jichž je ovšem drtivá většina, je situace významně jiná. Typický úhel mezi X-...A se pohybuje kolem 165 o, což je hodnota konzistentní s teoretickou kalkulací na bázi ab-initio výpočtů. Neutronová difrakce společně s přesnou X- ray difrakcí potvrdily, že v krystalových strukturách je velmi častý strukturní motiv představující vazbu vodíku se třemi elektronegativními atomy najednou, přičemž s jedním z nich se jedná o vazbu kovalentní. Například u aminokyselin může donorová skupina - + poskytnout tři vodíkové atomy, avšak akceptor - C - může pojmout čtyři vodíkové vazby (po dvou ke každému atomu kyslíku). Analýza neutronových dat aminokyselin ukázala, že většina -B vazeb mezi skupinami obojetného iontu (46 ze 64 zaznamenaných) má třícentrový charakter. V tabulce 1.2. jsou shrnuty některé typy látek a zastoupení třícentrových vodíkových vazeb v jejich krystalických strukturách. Bylo prokázáno, že existují dokonce čtyřcentrové vodíkové vazby, jejich četnost je ovšem podstatně nižší - rozborem B vazeb typu N...C= bylo nalezeno 6 takových případů. 18

19 Tabulka 1.2. Procentuální zastoupení třícentrové vodíkové vazby v celkovém počtu -B interakcí v krystalickém stavu (neutronová difrakce). Donor Akceptor Celkový počet Z toho % třícentro- -B vazeb vých vazeb Všechny typy molekul N + =C N =C Aminokyseliny N + =C Sacharidy Nukleosidy a nukleotidy (všechny typy -B vazeb) Barbituráty, puriny, pyrimidiny (všechny typy -B vazeb) π π interakce (π π stacking) Další komplexní typ mezimolekulárních sil představuje tzv. π π stacking, což je termín používaný pro interakce aromatických systémů tvořících charakteristické vrstvené struktury, jak je znázorněno na obrázku 1.18.a). Velmi často se lze setkat se systémy ve tvaru trojvrstvy, nazývané také π-sandwiche (obr b), přičemž tento motiv byl dále rozveden do struktury tzv. molekulárních pinzet ("molecular tweezers"), kde hostitelská molekula preorganizovaná do tvaru jakési pinzety dokáže "uchopit" vhodnou molekulu hosta pomocí zmíněných π π interakcí (obr.1.18.c)). G a) b) c) br Příklady vrstvených π-π komplexů. Naskýtá se ovšem otázka, jak je možné, že dva aromatické π systémy spolu vykazují atraktivní interakce, když bychom spíše očekávali síly repulzivní? Experimentální data ukazují, že dva aromatické systémy spolu mohou interagovat v zásadě dvěma způsoby: plochaplocha (face-to-face) nebo plocha-hrana (face-to-edge). Interakce typu plocha-hrana je v podstatě C-...π interakcí. Druhý typ je běžný v krystalické mřížce aromátů, jako je benzen, naftalen, antracen; také statistická analýza vzájemné orientace aromatických zbytků aminokyselin v proteinech potvrdila, že tento typ interakcí je velmi častý u biomolekul. Na druhé straně je zde množství experimentálních dat indikujících interakce, např. u akridinu a jeho 19

20 derivátů. Ukazuje se, že tento typ interakcí je uskutečňován a energeticky preferován ve vodných médiích, kde se uplatňuje hydrofobní efekt (viz dále), zatímco v organických roztocích spíše převažuje elektron donor-akceptorová (EDA) komplexace. Receptory využívající synchronního působení vodíkové vazby a π π interakcí Nukleotidové báze jsou považovány za ideální modely pro komplexaci, vzhledem k rigidnímu přesně definovanému uskupení vodíkových vazeb. Díky své planární aromatické struktuře mohou zároveň představovat potenciální systémy pro π π interakce. Spojením obou výše jmenovaných možností (-B vazby a π π interakce) uvnitř jedné molekuly by tedy mělo být možné konstruovat receptory se zvýšenou selektivitou. Další ilustrativní ukázkou významu π π interakcí může být série látek, uvedená na obrázku 1.19., založená na derivátech tzv. Kempovy (1,3,5-trimethyl-1,3,5-cyklohexantrikarboxylové) kyseliny. S rostoucím počtem aromatických jader (A D) zapojených do interakce s 9-ethyladeninem plynule stoupá komplexační konstanta procesu. Mimořádně silné komplexace bylo dosaženo u diamidu E, kde preorganizace kavity společně se zapojením dalších dvou -B vazeb vede ke zvýšení K c (v porovnání s monoamidem C) o dva řády. br Deriváty Kempovy kyseliny a předpokládané struktury příslušných komplexů. 20

3. Stavba hmoty Nadmolekulární uspořádání

3. Stavba hmoty Nadmolekulární uspořádání mezimolekulové interakce supramolekulární chemie sebeskladba molekulární zařízení Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti mezimolekulové interakce (nekovalentní) seskupování

Více

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech Organismy se skládají z molekul rozličných látek Jednotlivé látky si organismus vytváří sám z jiných látek,

Více

Autor: Rajsik Téma: Chemická vazba Ročník: 1.

Autor: Rajsik  Téma: Chemická vazba Ročník: 1. Chemická vazba - vnikne tehdy, jsou-li atomy prvků neschopny trvale samostatné existence - spojování atomů do větších celků vyšší stabilita než volné atomy - atomy zde sdílejí vazebné elektrony Podmínky

Více

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly Skupenské stavy látek Mezimolekulární síly 1 Interakce iont-dipól Např. hydratační (solvatační) interakce mezi Na + (iont) a molekulou vody (dipól). Jde o nejsilnější mezimolekulární (nevazebnou) interakci.

Více

Chemická vazba. Příčinou nestability atomů a jejich ochoty tvořit vazbu je jejich elektronový obal.

Chemická vazba. Příčinou nestability atomů a jejich ochoty tvořit vazbu je jejich elektronový obal. Chemická vazba Volné atomy v přírodě jen zcela výjimečně (vzácné plyny). Atomy prvků mají snahu se navzájem slučovat a vytvářet molekuly prvků nebo sloučenin. Atomy jsou v molekulách k sobě poutány chemickou

Více

Chemická vazba Něco málo opakování Něco málo opakování Co je to atom? Něco málo opakování Co je to atom? Atom je nejmenší částice hmoty, chemicky dále nedělitelná. Skládá se z atomového jádra obsahujícího

Více

Valenční elektrony a chemická vazba

Valenční elektrony a chemická vazba Valenční elektrony a chemická vazba Ve vnější energetické hladině se nacházejí valenční elektrony, které se mohou podílet na tvorbě chemické vazby. Valenční elektrony často znázorňujeme pomocí teček kolem

Více

Vazby v pevných látkách

Vazby v pevných látkách Vazby v pevných látkách Hlavní body 1. Tvorba pevných látek 2. Van der Waalsova vazba elektrostatická interakce indukovaných dipólů 3. Iontová vazba elektrostatická interakce iontů 4. Kovalentní vazba

Více

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou Chemie Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou CHEMICKÁ VAZBA VY_32_INOVACE_03_3_07_CH Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou CHEMICKÁ VAZBA Volné atomy v přírodě

Více

Otázka: Chemická vazba. Předmět: Chemie. Přidal(a): Dita. Chemická vazba

Otázka: Chemická vazba. Předmět: Chemie. Přidal(a): Dita. Chemická vazba Otázka: Chemická vazba Předmět: Chemie Přidal(a): Dita Chemická vazba 1. Obecná charakteristika chemické vazby 2. Typy chemické vazby Kovalentní vazba Vazba σ a π Násobné vazby Vaznost Délka chemické vazby

Více

Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118

Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118 Chemická vazba Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118 Chemická vazba Většina atomů má tendenci se spojovat do větších celků (molekul), v nichž jsou vzájemně vázané chemickou vazbou. Chemická vazba je

Více

Úvod do studia organické chemie

Úvod do studia organické chemie Úvod do studia organické chemie 1828... Wöhler... uměle připravil močovinu Organická chemie - chemie sloučenin uhlíku a vodíku, případně dalších prvků (O, N, X, P, S) Příčiny stability uhlíkových řetězců:

Více

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta Tabulace učebního plánu Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : CHEMIE Ročník: 1.ročník a kvinta Obecná Bezpečnost práce Názvosloví anorganických sloučenin Zná pravidla bezpečnosti práce a dodržuje je.

Více

Chemie - 3. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

Chemie - 3. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP. očekávané výstupy RVP témata / učivo Chemie - 3. ročník Žák: očekávané výstupy ŠVP přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata 1.1., 1.2., 1.3., 1.4., 2.1. 1. Látky přírodní nebo syntetické

Více

ZÁKLADNÍ POJMY ORGANICKÉ CHEMIE

ZÁKLADNÍ POJMY ORGANICKÉ CHEMIE ZÁKLADNÍ POJMY ORGANICKÉ CEMIE PODSTATA VAZEB V ORGANICKÉ CEMII Elektronová konfigurace uhlíku je 2s 2 2p 2, všechny organické sloučeniny odvozujeme od jeho excitovaného stavu. Uhlík je ve všech organických

Více

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora Předmět: Náplň: Třída: Počet hodin: Pomůcky: Chemie (CHE) Obecná chemie 1. ročník a kvinta 2 hodiny týdně Školní tabule, interaktivní tabule, tyčinkové a kalotové modely molekul, zpětný projektor, transparenty,

Více

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

Test vlastnosti látek a periodická tabulka DUM Základy přírodních věd DUM III/2-T3-2-08 Téma: Test vlastnosti látek a periodická tabulka Střední škola Rok: 2012 2013 Varianta: A Zpracoval: Mgr. Pavel Hrubý Mgr. Josef Kormaník TEST Test vlastnosti

Více

ZAHRADA SLÁVA (A BÍDA) SUPRAMOLEKULÁRNÍ CHEMIE. IVAN STIBOR a,b. 2. Osobní pohled na vznik supramolekulární. Obsah

ZAHRADA SLÁVA (A BÍDA) SUPRAMOLEKULÁRNÍ CHEMIE. IVAN STIBOR a,b. 2. Osobní pohled na vznik supramolekulární. Obsah ZAHRADA SLÁVA (A BÍDA) SUPRAMLEKULÁRNÍ CHEMIE IVAN STIBR a,b a Ústav organické chemie a biochemie, AV ČR, v.v.í., Flemingovo nám. 2, 166 10 Praha 6, b Ústav organické chemie, VŠCHT v Praze, Technická 5,

Více

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4. Vyučovací předmět - Chemie Vzdělávací obor - Člověk a příroda Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4. ročník - seminář

Více

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie.

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie. Elektronová teorie ktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Chemická vazba sdílení 2 valenčních e - opačného spinu 2 atomy za vzniku stabilní elektronové konfigurace vzácného plynu Spojení atomů prvků v

Více

Teorie hybridizace. Vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb a umožňuje předpovědět prostorový tvar molekul.

Teorie hybridizace. Vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb a umožňuje předpovědět prostorový tvar molekul. Chemická vazba co je chemická vazba charakteristiky chemické vazby jak vzniká vazba znázornění chemické vazby kovalentní a koordinační vazba vazba σ a π jednoduchá, dvojná a trojná vazba polarita vazby

Více

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332 Animovaná chemie Top-Hit Analytická chemie Analýza anorganických látek Důkaz aniontů Důkaz kationtů Důkaz kyslíku Důkaz vody Gravimetrická analýza Hmotnostní spektroskopie Chemická analýza Nukleární magnetická

Více

Úvod do biochemie. Vypracoval: RNDr. Milan Zimpl, Ph.D.

Úvod do biochemie. Vypracoval: RNDr. Milan Zimpl, Ph.D. Úvod do biochemie Vypracoval: RNDr. Milan Zimpl, Ph.D. TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY Co je to biochemie? Biochemie je chemií živých soustav.

Více

Příklady chemické sloučeniny a chemické vazby

Příklady chemické sloučeniny a chemické vazby DUM Základy přírodních věd DUM III/2-T3-2-15 Téma: Příklady chemické sloučeniny a chemické vazby Střední škola Rok: 2012 2013 Varianta: A Zpracoval: Mgr. Pavel Hrubý Mgr. Josef Kormaník Příklady chemické

Více

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch Atom, složení a struktura Chemické prvky-názvosloví, slučivost Chemické sloučeniny, molekuly Chemická vazba

Více

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora Předmět: Seminář chemie (SCH) Náplň: Obecná chemie, anorganická chemie, chemické výpočty, základy analytické chemie Třída: 3. ročník a septima Počet hodin: 2 hodiny týdně Pomůcky: Vybavení odborné učebny,

Více

Orbitaly ve víceelektronových atomech

Orbitaly ve víceelektronových atomech Orbitaly ve víceelektronových atomech Elektrony jsou přitahovány k jádru ale také se navzájem odpuzují. Repulzní síly způsobené dalšími elektrony stíní přitažlivý účinek atomového jádra. Efektivní náboj

Více

Otázka: Chemická vazba. Předmět: Chemie. Přidal(a): Alžběta. Chemická vazba

Otázka: Chemická vazba. Předmět: Chemie. Přidal(a): Alžběta. Chemická vazba Otázka: Chemická vazba Předmět: Chemie Přidal(a): Alžběta Chemická vazba Snahou všech systémů je dosáhnout stavu s co nejnižší energií a co největší stabilitou Nejstabilnější elektronová konfigurace atomů

Více

Organická chemie 1. ročník studijního oboru - gastronomie.

Organická chemie 1. ročník studijního oboru - gastronomie. Organická chemie 1. ročník studijního oboru - gastronomie. T-9 Typy chemické vazby. Zpracováno v rámci projektu Zlepšení podmínek ke vzdělávání Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0639 ŠABLONA

Více

2. Atomové jádro a jeho stabilita

2. Atomové jádro a jeho stabilita 2. Atomové jádro a jeho stabilita Atom je nejmenší hmotnou a chemicky nedělitelnou částicí. Je tvořen jádrem, které obsahuje protony a neutrony, a elektronovým obalem. Elementární částice proton neutron

Více

Struktura elektronového obalu

Struktura elektronového obalu Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 Struktura elektronového obalu Představy o modelu atomu se vyvíjely tak, jak se zdokonalovaly možnosti vědy

Více

Teorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR

Teorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR Geometrie molekul Lewisovy vzorce poskytují informaci o tom které atomy jsou spojeny vazbou a o jakou vazbu se jedná (topologie molekuly). Geometrické uspořádání molekuly je charakterizováno: Délkou vazeb

Více

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic PES (fotoelektronová spektroskopie) XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie), ESCA (elektronová spektroskopie pro chemickou analýzu) UPS (ultrafialová

Více

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice KAPITOLA 2: PRVEK Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora

Více

CHEMICKÁ VAZBA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

CHEMICKÁ VAZBA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý Autor: Mgr. Stanislava Bubíková CHEMICKÁ VAZBA Datum (období) tvorby: 13. 11. 01 Ročník: osmý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Částicové složení látek a chemické prvky; chemické reakce 1

Více

Struktura Molekul a Chemická Vazba

Struktura Molekul a Chemická Vazba Struktura Molekul a Chemická Vazba Slučováním atomů vznikají molekuly na základě chemické vazby. (~100 atomů ~10 6 různých molekul) Elektronová teorie chemické vazby: každý atom se snaží dosáhnout elektronové

Více

Seminář z chemie. Charakteristika vyučovacího předmětu

Seminář z chemie. Charakteristika vyučovacího předmětu Seminář z chemie Časová dotace: 2 hodiny ve 3. ročníku, 4 hodiny ve 4. Ročníku Charakteristika vyučovacího předmětu Seminář je zaměřený na přípravu ke školní maturitě z chemie a k přijímacím zkouškám na

Více

37 MOLEKULY. Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra

37 MOLEKULY. Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra 445 37 MOLEKULY Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra Soustava stabilně vázaných atomů tvoří molekulu. Podle počtu atomů hovoříme o dvoj-, troj- a více atomových molekulách.

Více

6.3.2 Periodická soustava prvků, chemické vazby

6.3.2 Periodická soustava prvků, chemické vazby 6.3. Periodická soustava prvků, chemické vazby Předpoklady: 060301 Nejjednodušší atom: vodík s jediným elektronem v obalu. Ostatní prvky mají více protonů v jádře i více elektronů v obalu změny oproti

Více

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu 11. Polovodiče Polovodiče jsou krystalické nebo amorfní látky, jejichž elektrická vodivost leží mezi elektrickou vodivostí kovů a izolantů a závisí na teplotě nebo dopadajícím optickém záření. Elektrické

Více

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS Molekulová spektroskopie 1 Chemická vazba, UV/VIS 1 Chemická vazba Silová interakce mezi dvěma atomy. Chemické vazby jsou soudržné síly působící mezi jednotlivými atomy nebo ionty v molekulách. Chemická

Více

DOUČOVÁNÍ KVINTA CHEMIE

DOUČOVÁNÍ KVINTA CHEMIE 1. ÚVOD DO STUDIA CHEMIE 1) Co studuje chemie? 2) Rozděl chemii na tři důležité obory. DOUČOVÁNÍ KVINTA CHEMIE 2. NÁZVOSLOVÍ ANORGANICKÝCH SLOUČENIN 1) Pojmenuj: BaO, N 2 0, P 4 O 10, H 2 SO 4, HMnO 4,

Více

Ethery, thioly a sulfidy

Ethery, thioly a sulfidy Ethery, thioly a sulfidy Úvod becný vzorec alkoholů je R--R. Ethery Názvosloví etherů Názvy etherů obsahují jména alkylových a arylových sloučenin ze kterých tvořeny v abecedním pořadí následované slovem

Více

TEST + ŘEŠENÍ. PÍSEMNÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY Z CHEMIE bakalářský studijní obor Bioorganická chemie 2010

TEST + ŘEŠENÍ. PÍSEMNÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY Z CHEMIE bakalářský studijní obor Bioorganická chemie 2010 30 otázek maximum: 60 bodů TEST + ŘEŠEÍ PÍSEMÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKUŠKY Z CEMIE bakalářský studijní obor Bioorganická chemie 2010 1. apište názvy anorganických sloučenin: (4 body) 4 BaCr 4 kyselina peroxodusičná

Více

11. Chemické reakce v roztocích

11. Chemické reakce v roztocích Roztok - simila similimbus solventur Typy reakcí elektrolytů Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti roztok - simila similimbus solventur rozpouštědla (nečistoty vůči rozpuštěným

Více

Chemické repetitorium. Václav Pelouch

Chemické repetitorium. Václav Pelouch ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE 2004 Chemické repetitorium Václav Pelouch kapitola ve skriptech - 1 Anorganická a obecná chemie Stavba atomu Atom je nejmenší částice hmoty, která obsahuje jádro (složené

Více

Voda polární rozpouštědlo

Voda polární rozpouštědlo VY_32_INVACE_30_BEN05.notebook Voda polární rozpouštědlo Temacká oblast : Chemie anorganická chemie Datum vytvoření: 2. 8. 2012 Ročník: 2. ročník čtyřletého gymnázia (sexta osmiletého gymnázia) Stručný

Více

Molekuly 1 21.09.13. Molekula definice IUPAC. Proč existují molekuly? Molekuly. Kosselův model. Představy o molekulách. mezi atomy vzniká vazba

Molekuly 1 21.09.13. Molekula definice IUPAC. Proč existují molekuly? Molekuly. Kosselův model. Představy o molekulách. mezi atomy vzniká vazba C e l k o v á e n e r g i e 1.09.13 Molekuly 1 Molekula definice IUPAC l elektricky neutrální entita sestávající z více nežli jednoho atomu. Přesně, molekula, v níž je počet atomů větší nežli jedna, musí

Více

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony atom jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony molekula Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti seskupení alespoň dvou atomů

Více

Fyzika biopolymerů. Struktura a vlastnosti vody, vodíková vazba

Fyzika biopolymerů. Struktura a vlastnosti vody, vodíková vazba Fyzika biopolymerů Struktura a vlastnosti vody, vodíková vazba Pět základních podmínek pro život na Zemi přítomnost uhlíku a dalších důležitých prvků tvořících biomolekuly voda v blízkosti povrchu vhodná

Více

E K O G Y M N Á Z I U M B R N O o.p.s. přidružená škola UNESCO

E K O G Y M N Á Z I U M B R N O o.p.s. přidružená škola UNESCO Seznam výukových materiálů III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Tematická oblast: Předmět: Vytvořil: Obecná chemie Chemie Mgr. Soňa Krampolová 01 - Látkové množství, molární hmotnost VY_32_INOVACE_01.pdf

Více

Otázka: Základní chemické pojmy. Předmět: Chemie. Přidal(a): berushka. Základní chemické pojmy

Otázka: Základní chemické pojmy. Předmět: Chemie. Přidal(a): berushka. Základní chemické pojmy Otázka: Základní chemické pojmy Předmět: Chemie Přidal(a): berushka Základní chemické pojmy ATOM nejmenší částice běžné hmoty částice, kterou nemůžeme chemickými prostředky dále dělit (fyzickými ale ano

Více

Učební osnovy Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemický kroužek ročník 6.-9.

Učební osnovy Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemický kroužek ročník 6.-9. Učební osnovy Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemický kroužek ročník 6.-9. Školní rok 0/03, 03/04 Kapitola Téma (Učivo) Znalosti a dovednosti (výstup) Počet hodin pro kapitolu Úvod

Více

Struktura atomu. Proč je to důležité? Konečný výklad všech chemických jevů Musí být založen na struktuře atomů. Cotton A., Wilkinson G.

Struktura atomu. Proč je to důležité? Konečný výklad všech chemických jevů Musí být založen na struktuře atomů. Cotton A., Wilkinson G. Struktura atomu Proč je to důležité? Konečný výklad všech chemických jevů Musí být založen na struktuře atomů. Cotton A., Wilkinson G. Atomisté Demokritos 460 před n.l. Atomy nedělitelné částečky hmoty,

Více

Chemie - 1. ročník. očekávané výstupy ŠVP. Žák:

Chemie - 1. ročník. očekávané výstupy ŠVP. Žák: očekávané výstupy RVP témata / učivo Chemie - 1. ročník Žák: očekávané výstupy ŠVP přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata 1.1., 1.2., 1.3., 7.3. 1. Chemie a její význam charakteristika

Více

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od 1. 9. 2009 do 31. 8. 2013

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od 1. 9. 2009 do 31. 8. 2013 Učební osnova předmětu Fyzikální chemie Studijní obor: Aplikovaná chemie Zaměření: Forma vzdělávání: Celkový počet vyučovacích hodin za studium: Analytická chemie Chemická technologie Ochrana životního

Více

r W. Shockley, J. Bardeen a W. Brattain, zahájil epochu polovodičové elektroniky, která se rozvíjí dodnes.

r W. Shockley, J. Bardeen a W. Brattain, zahájil epochu polovodičové elektroniky, která se rozvíjí dodnes. r. 1947 W. Shockley, J. Bardeen a W. Brattain, zahájil epochu polovodičové elektroniky, která se rozvíjí dodnes. 2.2. Polovodiče Lze je definovat jako látku, která má elektronovou bipolární vodivost, tj.

Více

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře ATOM 1 ATOM Hmotná částice Dělit lze: Fyzikálně ANO Chemicky Je z nich složena každá látka Složení: Atomové jádro (protony, neutrony) Elektronový obal (elektrony) NE Elektroneutrální částice: počet protonů

Více

Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Dynamický fluidní model membrány 2008/11

Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Dynamický fluidní model membrány 2008/11 RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie PřF UP Olomouc Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Rozšiřuje přednášky: Stavba cytoplazmatické membrány Membránový

Více

Chemie - 5. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

Chemie - 5. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP. očekávané výstupy RVP témata / učivo Chemie - 5. ročník Žák: očekávané výstupy ŠVP přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata 1.2., 2.1., 2.2., 2.4., 3.3. 1. Přeměny chemických soustav chemická

Více

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1 Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1 Zkoušecí kartičku si PODEPIŠ a zapiš na ni ČÍSLO VARIACE TESTU (číslo v pravém horním rohu). Odpovědi zapiš na zkoušecí kartičku, do testu prosím nepiš.

Více

MATURITNÍ TÉMATA - CHEMIE. Školní rok 2012 / 2013 Třídy 4. a oktáva

MATURITNÍ TÉMATA - CHEMIE. Školní rok 2012 / 2013 Třídy 4. a oktáva MATURITNÍ TÉMATA - CHEMIE Školní rok 2012 / 2013 Třídy 4. a oktáva 1. Stavba atomu Modely atomu. Stavba atomového jádra, protonové a nukleonové číslo, izotop, izobar, nuklid, stabilita atomového jádra,

Více

Atomové jádro, elektronový obal

Atomové jádro, elektronový obal Atomové jádro, elektronový obal 1 / 9 Atomové jádro Atomové jádro je tvořeno protony a neutrony Prvek je látka skládající se z atomů se stejným počtem protonů Nuklid je systém tvořený prvky se stejným

Více

3) Vazba a struktura. Na www.studijni-svet.cz zaslal(a): Lenka

3) Vazba a struktura. Na www.studijni-svet.cz zaslal(a): Lenka Na www.studijni-svet.cz zaslal(a): Lenka CHEMICKÍ VAZBA = síly, kterými jsou k sobě navzájem vázány sloučené atomy v molekule, popř. v krystalové struktuře - v převážné většině jde o sdílení dvojic elektronů

Více

Energie v chemických reakcích

Energie v chemických reakcích Energie v chemických reakcích Energetická bilance reakce CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl rozštěpení vazeb vznik nových vazeb V chemických reakcích dochází ke změně vazeb mezi atomy. Vazebná energie uvolnění

Více

Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější.

Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější. Nejjednodušší prvek. Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější. Vodík tvoří dvouatomové molekuly, je lehčí než

Více

Stavba atomu. Created with novapdf Printer (www.novapdf.com). Please register to remove this message.

Stavba atomu. Created with novapdf Printer (www.novapdf.com). Please register to remove this message. Stavba atomu Atom je v chemii základní stavební částice, jeho průměr je přibližně 10-10 m. Je složen z jádra a obalu. Atomové jádro obsahuje protony p + (kladný náboj) a neutrony n 0 (neutrální částice).

Více

Praktický kurz Monitorování hladiny metalothioneinu po působení iontů těžkých kovů Vyhodnocení měření

Praktický kurz Monitorování hladiny metalothioneinu po působení iontů těžkých kovů Vyhodnocení měření Laboratoř Metalomiky a Nanotechnologií Praktický kurz Monitorování hladiny metalothioneinu po působení iontů těžkých kovů Vyhodnocení měření Vyučující: Ing. et Ing. David Hynek, Ph.D., Prof. Ing. René

Více

Látkové množství. 6,022 10 23 atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

Látkové množství. 6,022 10 23 atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A Doporučená literatura Přípravný kurz Chemie 2006/07 07 RNDr. Josef Tomandl, Ph.D. Mailto: tomandl@med.muni.cz Předmět: Přípravný kurz chemie J. Vacík a kol.: Přehled středoškolské chemie. SPN, Praha 1990,

Více

Zákony ideálního plynu

Zákony ideálního plynu 5.2Zákony ideálního plynu 5.1.1 Ideální plyn 5.1.2 Avogadrův zákon 5.1.3 Normální podmínky 5.1.4 Boyleův-Mariottův zákon Izoterma 5.1.5 Gay-Lussacův zákon 5.1.6 Charlesův zákon 5.1.7 Poissonův zákon 5.1.8

Více

DUSÍK NITROGENIUM 14,0067 3,1. Doplňte:

DUSÍK NITROGENIUM 14,0067 3,1. Doplňte: Doplňte: Protonové číslo: Relativní atomová hmotnost: Elektronegativita: Značka prvku: Latinský název prvku: Český název prvku: Nukleonové číslo: Prvek je chemická látka tvořena z atomů o stejném... čísle.

Více

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník FYZIKA MIKROSVĚTA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník Mikrosvět Svět o rozměrech 10-9 až 10-18 m. Mikrosvět není zmenšeným makrosvětem! Chování v mikrosvětě popisuje kvantová

Více

Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby

Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby Předmět: CHEMIE Ročník: 8. Časová dotace: 2 hodiny týdně Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby Konkretizované tematické okruhy realizovaného průřezového tématu září orientuje se

Více

chartakterizuje přírodní vědy,charakterizuje chemii, orientuje se v možných využití chemie v běžníém životě

chartakterizuje přírodní vědy,charakterizuje chemii, orientuje se v možných využití chemie v běžníém životě Kapitola Téma (Učivo) Znalosti a dovednosti (výstup). Úvod do chemie Charakteristika chemie a její význam Charakteristika přírodních věd charakteristika chemie Chemie kolem nás chartakterizuje přírodní

Více

Koordinační neboli komplexní sloučeniny

Koordinační neboli komplexní sloučeniny Koordinační neboli komplexní sloučeniny Historie Zakladatelem chemie koordinačních sloučenin byl Alfred Werner na přelomu 19. a 20. století, v roce 1918 dostal za objevy v této oblasti Nobelovu cenu za

Více

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í ORGANIKÁ EMIE = chemie sloučenin látek obsahujících vazby Organické látky = všechny uhlíkaté sloučeniny kromě..., metal... and metal... Zdroje organických sloučenin = živé organismy nebo jejich fosílie:

Více

ČÍSLO PROJEKTU: OPVK 1.4

ČÍSLO PROJEKTU: OPVK 1.4 NÁZEV ŠKOLY: Základní škola Javorník, okres Jeseník REDIZO: 600 150 585 NÁZEV: VY_32_INOVACE_185_Skupenství AUTOR: Ing. Gavlas Miroslav ROČNÍK, DATUM: 8., 16.11.2011 VZDĚL. OBOR, TÉMA: Fyzika, ČÍSLO PROJEKTU:

Více

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají) Úvod do koroze (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají) Koroze je proces degradace kovu nebo slitiny kovů působením

Více

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/02.0012 GG OP VK

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/02.0012 GG OP VK Fyzikální vzdělávání 1. ročník Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník 1 Elektřina a magnetismus - elektrický náboj tělesa, elektrická síla, elektrické pole, kapacita vodiče - elektrický proud v látkách, zákony

Více

12. CHEMIE povinný povinný. chemický děj

12. CHEMIE povinný povinný. chemický děj 12. CHEMIE Ročník Dotace Povinnost (skupina) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. - - - - - - - 2+0 1+1 - - - - - - - povinný povinný Ročník: osmý Výstupy Učivo Průřezová témata Poznámky Žák: Tematický okruh: Úvod

Více

Chemie. žák: F látka, těleso; hustota, teplota tání a varu a faktory, které je ovlivňují. Pozorování, pokus, bezpečnost práce

Chemie. žák: F látka, těleso; hustota, teplota tání a varu a faktory, které je ovlivňují. Pozorování, pokus, bezpečnost práce sekunda Pozorování, pokus, bezpečnost práce Směsi Částicové složení látek a chemické prvky určí společné a rozdílné vlastnosti látek předmět a historie chemie rozpozná skupenské přeměny látek vlastnosti

Více

Absorpční fotometrie

Absorpční fotometrie Absorpční fotometrie - v ultrafialové (UV) a viditelné (VIS) oblasti přechody mezi elektronovými stavy +... - v infračervené (IČ) oblasti přechody mezi vibračními stavy +... - v mikrovlnné oblasti přechody

Více

Sada 7 Název souboru Ročník Předmět Formát Název výukového materiálu Anotace

Sada 7 Název souboru Ročník Předmět Formát Název výukového materiálu Anotace Sada 7 Název souboru Ročník Předmět Formát Název výukového materiálu Anotace VY_52_INOVACE_737 8. Chemie notebook Směsi Materiál slouží k vyvození a objasnění pojmů (klíčová slova - chemická látka, směs,

Více

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332 Úvodní obrazovka Menu (vlevo nahoře) Návrat na hlavní stránku Obsah Výsledky Poznámky Záložky edunet Konec Chemie 1 (pro 12-16 let) LangMaster Obsah (střední část) výběr tématu - dvojklikem v seznamu témat

Více

Organická chemie - úvod

Organická chemie - úvod rganická chemie - úvod Trocha historie Původní dělení hmoty: Neživá anorganická Živá organická Rozdělení chemie na organickou a anorganickou objevy a isolace látek z přírodních materiálů.w.scheele(1742-1786):

Více

Chemie. žák: F látka, těleso; hustota, teplota tání a varu a faktory, které je ovlivňují. Pozorování, pokus, bezpečnost práce

Chemie. žák: F látka, těleso; hustota, teplota tání a varu a faktory, které je ovlivňují. Pozorování, pokus, bezpečnost práce sekunda Pozorování, pokus, bezpečnost práce Směsi Částicové složení látek a chemické prvky určí společné a rozdílné vlastnosti látek předmět a historie chemie rozpozná skupenské přeměny látek vlastnosti

Více

Počítačová chemie. výpočetně náročné simulace chemických a biomolekulárních systémů. Zora Střelcová

Počítačová chemie. výpočetně náročné simulace chemických a biomolekulárních systémů. Zora Střelcová Počítačová chemie výpočetně náročné simulace chemických a biomolekulárních systémů Zora Střelcová Národní centrum pro výzkum biomolekul, Masarykova univerzita, Kotlářská 2, 611 37 Brno, Česká Republika

Více

Nukleární Overhauserův efekt (NOE)

Nukleární Overhauserův efekt (NOE) Nukleární Overhauserův efekt (NOE) NOE je důsledek dipolární interakce mezi dvěma jádry. Vzniká přímou interakcí volně přes prostor, tudíž není ovlivněn chemickými vazbami jako nepřímá spin-spinová interakce.

Více

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

Látkové množství n poznámky 6.A GVN Látkové množství n poznámky 6.A GVN 10. září 2007 charakterizuje látky z hlediska počtu částic (molekul, atomů, iontů), které tato látka obsahuje je-li v tělese z homogenní látky N částic, pak látkové

Více

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou. Elektrostatika: Elektřina pro bakalářské obory Souvislost a analogie s mechanikou. Elektron ( v antice ) =?? Petr Heřman Ústav biofyziky, UK.LF Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou. Elektron

Více

Charakteristika vyučovacího předmětu Chemie

Charakteristika vyučovacího předmětu Chemie Charakteristika vyučovacího předmětu Chemie Obsahové, časové a organizační vymezení předmětu Chemie Obsah předmětu Chemie je zaměřen na praktické využití poznatků o chemických látkách, na znalost a dodržování

Více

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů.

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů. Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů. Násobky jednotek název značka hodnota kilo k 1000 mega M 1000000 giga G 1000000000 tera T 1000000000000 Tělesa a látky Tělesa

Více

PRŮMYSLOVÉ TECHNOLOGIE I - SOUBOR OTÁZEK KE ZKOUŠCE

PRŮMYSLOVÉ TECHNOLOGIE I - SOUBOR OTÁZEK KE ZKOUŠCE PRŮMYSLOVÉ TECHNOLOGIE I - SOUBOR OTÁZEK KE ZKOUŠCE 1. PRVKY 5. SKUPINY (N,P,As,Sb,Bi) obecné zákonitosti ve skupině DUSÍK Výskyt, chemické vlastnosti molekulární dusík Amoniak vlastnosti, příprava, hydrolýza,

Více

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky: 4.4.6 Jádro atomu Předpoklady: 040404 Pomůcky: Jádro je stotisíckrát menší než vlastní atom (víme z Rutherfordova experimentu), soustřeďuje téměř celou hmotnost atomu). Skládá se z: protonů: kladné částice,

Více

ATOM VÝVOJ PŘEDSTAV O SLOŽENÍ A STRUKTUŘE ATOMU

ATOM VÝVOJ PŘEDSTAV O SLOŽENÍ A STRUKTUŘE ATOMU Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: CHEMIE PRVNÍ Mgr. Tomáš MAŇÁK 20. říjen 202 Název zpracovaného celku: ATOM VÝVOJ PŘEDSTAV O SLOŽENÍ A STRUKTUŘE ATOMU Leukippos, Démokritos (5. st. př. n. l.; Řecko).

Více

12 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

12 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ 56 12 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ Těžiště I. impulsová věta - věta o pohybu těžiště II. impulsová věta Zákony zachování v izolované soustavě hmotných bodů Náhrada pohybu skutečných objektů pohybem

Více

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO.

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO. OBECNÁ CHEMIE Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO burda@karlov.mff.cuni.cz HMOTA, JEJÍ VLASTNOSTI A FORMY Definice: Každý hmotný objekt je charakterizován dvěmi vlastnostmi

Více

Do této skupiny patří dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut. Společnou vlastností těchto prvků je pět valenčních elektronů v orbitalech ns a np:

Do této skupiny patří dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut. Společnou vlastností těchto prvků je pět valenčních elektronů v orbitalech ns a np: PRVKY PÁTÉ SKUPINY Do této skupiny patří dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut. Společnou vlastností těchto prvků je pět valenčních elektronů v orbitalech ns a np: Obecná konfigurace: ns np Nejvyšší kladné

Více