Chemia supramolekularna

Niezbędnym jest, aby student potrafił poruszać się w tematyce związanej z chemią organiczną ze szczególnym uwzględnieniem geometrii cząsteczek związków organicznych oraz ich właściwości kwasowo-zasadowych w sensie teorii Bronsteda i Lewisa.

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli:

Wykład: 30 godzin

Laboratorium:30 godzin

Konsultacje z nauczycielem: 20 godzin

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta: (przygotowanie do zajęć, przygotowanie do egzaminu) 70 godzin

W sumie 150 godzin (25h/ECTS) - 6 ECTS

W1: Posiada rozszerzoną wiedzę z zakresu chemii supramolekularnej (roztwór, ciało stałe). K_W01

W2: Zna i rozumie zależności między budową związków chemicznych oraz oddziaływaniami międzycząsteczkowymi. K_W01

W3: Posiada wiedzę na temat rodzajów oddziaływań międzycząsteczkowych, ich energii i występowania. K_W02

W4: Posiada wiedzę na temat metod modyfikacji strukturalnej cząsteczek związków organicznych oraz wpływu tych modyfikacji na właściwości kompleksów w tym oddziaływania z cząsteczkami aktywnymi biologicznie. K_W06

U1: Potrafi korzystać z podstawowych działów chemii supramolekularnej. K_U01

U2: Potrafi wyszukiwać informacje o możliwościach oddziaływań międzycząsteczkowych związków chemicznych. K_U08

U3: Jest w stanie, stosując odpowiednie metody, analizować możliwości oddziaływań międzycząsteczkowych oraz wskazać ich rodzaje i preferencje tworzenia. K_U13

U4: Potrafi, za pomocą wybranych metod instrumentalnych, badać strukturę kompleksów organicznych. K_U10

K1: Potrafi formułować i przedstawiać opinie na temat napotkanych problemów na polu chemii supramolekularnej (ciecz, ciało stałe). K_K01

K2: Zna ograniczenia stosowanych metod badawczych jakie można użyć w badaniach kompleksów. K_U02

K3: Potrafi analizować dane pochodzące z pomiarów instrumentalnych wykonanych dla kompleksów znajdujących się w roztworze oraz wybrane właściwości dla ciała stałego. K_U03

Wykład konwencjonalny, laboratorium– metoda poszukująca

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny

- laboratoryjna

Celem przedmiotu jest:

a) zapoznanie studentów z podstawowymi pojęciami jakie stosuje się w chemii supramolekularnej dla roztworów i ciała stałego

b) zapoznanie z siłami międzycząsteczkowymi w roztworach oraz krysztale oraz ich wpływu na właściwości strukturalne kompleksów

c) omówienie wpływu rodzaju, liczby i charakteru podstawników na stabilność kompleksów supramolekularnych

d) przedstawienie wpływu oddziaływań międzycząsteczkowych na takie pola zastosowania ich jak, polimery niekowalencyjne, biochemia, kataliza, inżynieria krystaliczna

e) zapoznanie studentów z oprogramowaniem umożliwiającym wizualizację struktur molekularnych/krystalicznych, identyfikację sił międzycząsteczkowych stabilizujących strukturę krystaliczną oraz obliczenia energii sieci krystalicznej.

Wykład

1. Właściwości geometryczne związków organicznych oraz konsekwencje istnienia równowag konformacyjnych. Opis rotametrii, tautomerii i izomerii w świetle oddziaływań międzycząsteczkowych oraz samoorganizacji cząsteczek związków organicznych.

2. Rodzaje oddziaływań stabilizujących oraz destabilizujących kompleksy supramolekularne. Liczba i charakter wiązań wodorowych, oddziaływań drugiego rzędu na trwałość kompleksów.

3. Wpływ struktury związków organicznych na tworzone przez nie kompleksy – równowagi konformacyjne, przeniesienie protonu, liczba wiązań wodorowych a liczba i charakter oddziaływań drugiego rzędu.

4. Zastosowanie kompleksów supramolekularnych w wybranych gałęziach chemii.

5. Metody eksperymentalne i obliczeniowe badania asocjacji związków organicznych.

6. Praca z literaturą naukową oraz krytyczne podejście do danych

7. Pojęcie struktury molekularnej oraz krystalicznej oraz krótkie wprowadzenie do oprogramowania umożliwiającego wizualizację struktur molekularnych/krystalicznych.

8. Siły międzycząsteczkowe stabilizujące struktury krystaliczne.

9. Energia sieci krystalicznej i jej znaczenie w formowaniu

i przewidywaniu struktur krystalicznych.

10. Układy typu gospodarz-gość w ciele stałym (klatraty, MOFy).

11. Dynamika w monokryształach a siły międzycząsteczkowe.

12. Wprowadzenie do inżynierii krystalicznej.

Ćwiczenia/laboratorium:

1. Wyszukiwanie cząsteczek w bazie danych (np. Reaxys) pod kątem ich właściwości związanych z występowaniem wiązań wodorowych.

2. Wyszukiwanie cząsteczek posiadających wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe oraz korelowanie parametrów geometrycznych z właściwościami.

3. Projektowanie cząsteczek mających tworzyć kompleksy stabilizowane wiązaniami wodorowymi oraz halogenowymi.

4. Projektowanie wpływu dodatkowych grup znajdujących się w cząsteczce związku organicznego na jej oddziaływania międzycząsteczkowe.

5. Zapoznanie się z programem Mercury umożliwiającym wizualizację struktury molekularnej/krystalicznej.

6. Identyfikacja sił międzycząsteczkowych występujących w krysztale z zastosowaniem analizy danych strukturalnych.

7. Porównanie oddziaływań międzycząsteczkowych w fazach krystalicznych wyodrębnionych podczas indukowanych transformacji strukturalnych w monokrysztale.

Tematyka związana z ćwiczeniami laboratoryjnymi:

- przeszukiwanie bazy Reaxys w celu znalezienia 5-10 cząsteczek posiadających wewnątrzcząsteczkowe wiązanie wodorowe

- analiza geometrii pierścienia z wewnątrzcząsteczkowym wiązaniem wodorowym

- poszukiwanie cząsteczek wykazujących tzw. stacking i analiza odległości międzyatomowych

- analiza zmian w widmach NMR kompleksów supramolekularnych w oparciu o wybraną publikację naukową

- analiza wpływu wielkości grup alkilowych na oddziaływania międzycząsteczkowe w związkach heterocyklicznych

- geometryczne dopasowanie zaprojektowanej cząsteczki gościa i gospodarza

1. „Wybrane aspekty chemii supramolekularnej” red. Grzegorz Schroeder

2. „Wstęp do chemii supramolekularnej” H. Dodziuk

3. „Kompleksy typu gość-gospodarz” red. Grzegorz Schroeder

4. „Comprehensive Supramolecular Chemistry” J. Atwood

5. "Supramolecular Chemistry" Jonathan W. Steed

6. „Core concepts in supramolecular chemistry and nanochemistry” Jonathan W. Steed, David R. Turner, Karl J. Wallace

Kryteria oceniania:

Egzamin (W1,W2,W3) / zaliczenie (W4):

niedostateczny – 2 (<50%)

dostateczny – 3 (>50%)

dostateczny plus – 3+ (>60%)

dobry – 4 (>65%)

dobry plus – 4+ (>75%)

bardzo dobry – 5 (>80%)

nie przewiduje się praktyk zawodowych