GAČR projekt profesora Pavla Lhotáka zkoumá nové cesty k izolaci fullerenů pro medicínu i elektroniku

Jak byste v několika větách popsal/a laikovi, o čem váš projekt je a proč je důležitý?

Fullereny, jako třeba C60 nebo C70, jsou sloučeniny uhlíku, mající tvar uzavřených klecových/kulových struktur. Patří tedy do stejné rodiny jako diamant, grafit, grafen popř. uhlíkové nanotrubky (všechno jsou to tzv. allotropické formy uhlíku). Vzhledem k unikátní struktuře oplývají řadou fascinujících vlastností, které je přímo předurčují pro širokou škálu aplikací od kosmetiky (antioxidanty, pohlcování volných radikálů), přes materiálové vědy (baterie, pokročilé elektronické zařízení nebo supravodivé materiály), nátěrové aplikace (výrazně zlepšené vlastnosti barev), maziva (díky jejich kulové struktuře) až po biomedicinální využití (fotodynamická terapie, kontrastní látky pro rentgenové a MRI zobrazování, dodávka léků apod.).
Většímu využití fullerenů brání jejich složitá separace, která podle některých odhadů představuje až 90 % celkových výrobních nákladů. Bylo by proto velmi užitečné a vysoce žádoucí vyvinout nové izolační a čistící metody založené např. na supramolekulárním přístupu, tj. s použitím selektivních komplexotvorných činidel schopných nekovalentních interakcí s fullereny.

Co vás inspirovalo k výběru tématu? Byla to konkrétní výzva, kterou jste chtěli řešit, nebo spíše přirozené pokračování vaší dosavadní práce?

Mnoho let se zabýváme chemií calix[n]arenů a thiacalix[n]arenů, což jsou makrocyklické sloučeniny složené z fenolických stavebních jednotek, propojených navzájem methylenovými popř. sirnými můstky. Tyto sloučeniny lze připravit s volitelnou velikostí vnitřní kavity, lze je jednoduše derivatizovat a také si lze hrát s jejich 3D strukturou, takže můžeme dosáhnout toho, aby vykazovaly tvar poháru (misky). Jedinečná konkávní molekulární architektura a laditelná velikost vnitřní dutiny činí z calixarenů velmi atraktivní stavební kameny pro design receptorů. Vzájemná tvarová kompatibilita calixarenů a fullerenů (konkávní vs. konvexní) může vést ke vzniku komplexů držených pohromadě pomocí nekovalentních interakcí mezi oběma systémy.

Co je hlavním cílem vašeho výzkumu?

Cílem práce je design a syntéza nových receptorů na bázi větších calixarenů (složených z 6 až 8 fenolických jednotek), které by dokázaly uvnitř kavity komplexovat fullereny. Snahou bude nalézt systémy, vykazující selektivitu vůči fullerenům C60 vs. C70 (popř. i vůči dalším komerčně dostupným fullerenům). Takové systémy by pak bylo možné využít pro dělení fullerenových směsí.

Co myslíte, že porotu zaujalo nejvíce?

Tohle si opravdu netroufám odhadovat. Pokud bych měl vyjít z dostupných hodnocení zahraničních oponentů, vyzdvihovali fakt, že projekt se zaměřuje na oblast méně známých calixarenů (calix[6]aren až calix[8]aren), jejichž chemie zatím není příliš prozkoumána. Hodnotili snahu o zavedení nových způsobů syntézy těchto makrocyklů, a zaujaly je také možné aplikace finálních receptorů.

Přinese projekt nějaké konkrétní aplikace nebo technologie?

Projekt financovaný GAČR je samozřejmě zaměřen na základní výzkum. Jeho prvotní snahou je pochopení vzájemného působení fullerenových a calixarenových systémů a využití těchto poznatků v designu nových účinných receptorů pro komplexaci fullerenů. Aplikační výzkum by samozřejmě mohl následovat v případě nalezení slibných calixarenových systémů.

V čem je váš projekt unikátní?

V rámci přípravy větších calixarenů bychom rádi ověřili některé nové dosud nevyzkoušené přístupy k jejich konstrukci. Patří mezi ně např. opakovaná aplikace Michaelovských adicí, popř. cílené „bourání“ malých makrocyklů, vedoucí ke stavebním kamenům vhodným pro syntézu těch velkých makrocyklů.

S kým na projektu spolupracujete?

V rámci projektu není předpokládána žádná spolupráce mimo naši VŠCHT Praha. Měli bychom si vystačit jen s vlastními silami.

Jaké překážky nebo výzvy očekáváte během realizace projektu? Máte už strategii, jak je překonat?

Jedna velká překážka se objevila hned na začátku – chybějící PhD student. V současnosti se snažím získat vhodného kandidáta, který by pomohl projektu „vdechnout“ život.

Co vám dělá na projektu největší radost?

Předpokládám, že radost přijde v okamžiku, kdy dosáhneme nějakých zajímavých výsledků. K tomu nám ovšem ještě slušný kus cesty chybí.

Co by teoreticky mělo navazovat na váš výzkum až projekt skončí?

Jak jsem již zmínil, jedná se o základní výzkum. Samozřejmě, v případě nalezení vhodných systémů pro selektivní komplexaci fullerenů, by mohl navázat nějaký aplikační výzkum, např. formou grantu v rámci TAČR.