Wydział Chemii
Badania naukowe na Wydziale Chemii UWr realizowane są w 22 zespołach badawczych. W swojej pracy naukowej badaczki i badacze z Wydziału Chemii wykorzystują nowoczesne i specjalistyczne metody analityczne, aktywnie poszukują nowych współprac naukowych i dzielą się najnowszymi odkryciami w ramach seminariów i konferencji.
Zapraszamy do zapoznania się z głównymi kierunkami badań poszczególnych zespołów.
- Związki oligoynowe GKC≡CGK z halogenową lub polimeryzowalną grupą końcową (GK) – prekursory nowych materiałów polimerowych.
- Chemia acetylenów
- Elastyczne szkła hybrydowe dla fotowoltaiki.
- POSS (Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane)
Obszar zainteresowań naukowych Zespołu obejmuje szerokie spektrum zagadnień biologicznej chemii nieorganicznej, inaczej nazywanej chemią bionieorganiczną czy biomedyczną, a zwłaszcza takie jej działy jak:
- transport i homeostaza jonów metali (m.in. żelaza, cynku, miedzi, niklu, manganu) u patogenów; systemy transportu z wykorzystaniem metaloforów organicznych oraz białkowych;
- siderofory i ich kompleksy: zależność struktura-funkcja, trwałość termodynamiczna;
- biomimetyki sideroforów jako narzędzia do opracowania nieinwazyjnych, działających in vivo czynników obrazujących (na bazie radioaktywnych jonów metali, np. Ga-68) pozwalających na bardziej specyficzną i czułą diagnostykę i rozróżnienie źródła infekcji bakteryjnych/grzybiczych oraz leków opartych o zasadę konia trojańskiego;
- czynniki chelatujące jony metali – poszukiwania nowych efektywnych związków na potrzeby terapii chelatacyjnej, inhibicji enzymów, opracowywania czynników kontrastowych (np. kompleksów cyrkonu);
- termodynamika, struktura i funkcja kompleksów metal-białko/peptyd; oddziaływania metali z innymi biomolekułami;
- wpływ wiązania jonów metali na fibrylacje białek uwikłanych w choroby neurodegeneracyjne i autoimmunologiczne; molekularne podstawy chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, czy Parkinsona;
- wielojądrowe związki koordynacyjne i polimery koordynacyjne o obiecujących właściwościach fizyko-chemicznych.
- Projektowanie i synteza biologicznie aktywnych peptydów i ich pochodnych organicznych, zwłaszcza o charakterze immunomodulatorów, neuropeptydów oraz peptydowych hormonów owadzich i roślinnych.
- Poszukiwanie nowych metod syntezy peptydomimetyków i koniugatów peptydowych.
- Wykorzystanie spektrometrii mas do badania struktury biopolimerów.
- Historia chemii i polskich chemików.
- Właściwości kompleksów molekularnych, szczególnie kompleksów z wiązaniem wodorowym w fazie gazowej i w matrycach niskotemperaturowych.
- Badania izomerii, przemian konformacyjnych oraz fotochemii w różnego typu związkach organicznych. Identyfikacja produktów pośrednich za pomocą spektroskopii FTIR i obliczeń kwantowo-mechanicznych.
- Badania przebiegu reakcji fotochemicznych pod wpływem promieniowania UV-Vis i NIR zachodzących dla wybranych składników atmosfery i ich kompleksów. Badania za pomocą spektroskopii FTIR sprzężonej z techniką matryc niskotemperaturowych i obliczeń kwantowo-mechanicznych.
- Oddziaływania międzycząsteczkowe w układach z wiązaniami wodorowymi o różnym charakterze i mocy. Badania za pomocą spektroskopii FTIR.
- Wysoce naprężone układy aromatyczne
- Chromofory i fluorofory NIR
- Materiały organiczne o złożonej aktywności redoks
- Materiały samoorganizujące się
- Nowe strategie annulacji i makrocyklizacji
- Karbaporfiryny i metalaporfiryny
- Aromatyczność makrocykliczna
- Chemia koordynacyjna i metaloorganiczna
- Chemia ograniczonych przestrzeni molekularnych
- Kataliza promowana kompleksami porfiryn i karbaporfiryn
- Chemia hybrydowych związków krzemu na bazie silseskwioksanów typu double-decker (DDSQ) i o architekturze klatki (POSS).
- Biopolimery i chemia koordynacyjna biometali.
- Jednocząsteczkowe magnetyki molekularne (SMM) i materiały magnetyczne.
- Chemia środowiska.
- Chemia bionieorganiczna.
- Opracowanie nowych narzędzi analitycznych monitoringu biologicznego.
- Stosowanie klasycznych i współczesnych niedestrukcyjnych metod badawczych w wybranych problemach chemii sądowej.
- Stosowanie i rozwijanie nieinwazyjnych i niedestrukcyjnych technik analitycznych oraz tworzenie nowych protokołów stosowanych w badaniach obiektów archeologicznych i dzieł sztuki.
- Rozwijanie heurystycznego podejścia do rozwiązywania problemów analitycznych związanych z oddziaływaniem przemysłu na środowisko.
- Nieinwazyjne badania zabytkowych obiektów papierowych – opracowywanie metodyki badań, opartej na nieinwazyjnych i niedestrukcyjnych technikach analitycznych takich jak spektroskopia podczerwoni i ramanowska, które umożliwiałyby analizę in situ warstwy malarskiej znajdującej się na zabytkowych obiektach papierowych.
- Metodyka badań autentyfikacycjnych malarstwa sztalugowego – opracowanie efektywnej metodyki badań obejmującej szereg różnorodnych technik analitycznych (jak mikroskopia optyczna, spektroskopia ATR , SEM-EDX i innych) pozwalających ustalenie autentyczności obiektu i/lub wykrycie fałszerstwa.
- Badania technologiczne ceramiki archeologicznej – rozwijanie metodyki identyfikacji materiałów użytych do wytworzenia ceramiki, miejsca ich pochodzenia oraz odtworzenia warunków procesu technologicznego; badania analityczne materiału zastosowanego do zdobienia ceramiki ( np. tzw. „naczyń grafitowych”).
- Budowa bazy wzorców żywic kopalnych, bursztynu i innych żywic subfosylowych – opracowanie bazy widm ramanowskich i podczerwonych próbek referencyjnych pochodzący z Muzeum Ziemi PAN w Warszawie w celu włączenia jej do bazy The Infrared and Raman Users Group (IRUG).
- Badania pigmentów, barwników oraz spoiw stosowanych w malarstwie sztalugowym, ściennym, akwareli oraz ceramice – badania identyfikacyjne zastosowanych materiałów, datowanie (w sposób pośredni), ocena stanu zachowania w celu wspomagania późniejszych zabiegów konserwatorskich oraz badania autentyczności oraz badania pochodzenia danego obiektu.
- Wdrożenie Skanera Polimorficznego – zastosowanie spektrometrii 2D VIS/NIR (400-1000 nm) w badaniach kryminalistycznych, badania względnej chronologii czasu zapisu poprzez badanie płowienia pisma celem sprawdzenia możliwości ustalenia wieku zapisu.
- Poszukiwanie nieinwazyjnych metod pozwalających na ocenę wieku zapisów nanoszonych na dokumentach różnymi narzędziami pisarskimi, poligraficznymi i komputerowymi urządzeniami wykonawczymi.
- Badania struktury i oddziaływań międzycząsteczkowych w cieczach, ciałach stałych, fazach szklistych, w układach makromolekularnych, w niskotemperaturowych matrycach gazów szlachetnych
- Badanie struktury i dynamiki cząsteczek w fazach skondensowanych metodami spektroskopowymi, relaksacji dielektrycznej, pomiarów momentów dipolowych i nieliniowego efektu dielektrycznego.
- Eksperymentalne i teoretyczne badanie strukturalnych i energetycznych skutków utworzenia wiązania wodorowego.
- Badanie asocjacji układów z wiązaniem wodorowym technikami spektroskopowymi , relaksacji dielektrycznej i techniką nieliniowego efektu dielektrycznego.
- Badania właściwości dielektrycznych (również w silnych polach elektrycznych) układów makromolekularnych: miceli , miceli odwróconych, liposomów
- Fizykochemiczne (głównie spektroskopowe) badania struktury, oddziaływań i modyfikacji biocząsteczek, w tym błon lipidowych i białek. Określenie stanu konformacyjnego hydrofobowej części błon lipidowych, stopnia ich uwodnienia oraz charakter oddziaływań z cząsteczkami o aktywności biologicznej. Struktura drugorzędowa białek/peptydów, fibrylarne formy agregacyjne białek i peptydów, właściwości chiralne supramolekularnych struktur agregacyjnych białek i peptydów oraz charakter oddziaływań struktur białkowych/peptydowych z cząsteczkami o aktywności biologicznej.
- Zastosowania pomiarów ultradźwiękowych do badania struktury i oddziaływań w cieczach. Badania solwatacji jonów i cząsteczek również w kontekście hydratacji cząsteczek organicznych o działaniu owadobójczym, grzybobójczym czy bakteriobójczym.
- Badania w skroplonych gazach szlachetnych (technika kriospektroskopowa) jako technika do badań słabych oddziaływań molekularnych w tym nietypowych wiązań wodorowych.
Badania struktury i dynamiki molekularnej metodami teoretycznymi.
- Badania nad małymi układami z wewnątrz- i międzycząsteczkowym wiązaniem wodorowym (symulacje w różnych stanach skupienia) z wykorzystaniem metod dynamiki molekularnej ab initio. Opracowywanie procedur obliczeniowych, a także wkład w rozwój metod w tzw. post-processingu.
Badanie przemian fazowych i zjawisk krytycznych
- Badania przemian fazowych (ciecz-ciecz, ciecz-ciało stałe) metodami dielektrycznymi, głównie przy wykorzystaniu nieliniowego efektu dielektrycznego.
- Badanie wpływu silnego pola na zjawiska krytyczne
- Badania przemian fazowych ciało stałe – ciecz, poszukiwanie faz rotacyjnych, badania zjawiska premeltingu
Poszukiwanie absorberów promieniowania elektromagnetycznego.
- Badania absorberów promieniowania elektromagnetycznego opartych na minerałach naturalnych: kaolinicie, haloizycie, montmorylonicie i ich chemicznych modyfikacjach.
- Wykorzystanie absorberów promieniowania elektromagnetycznego do tworzenia inteligentnych materiałów kompozytowych o łatwo modyfikowalnych właściwościach (współpraca z prof. Shuli Bai – Uniwersytet Pekiński)
- Modelowanie właściwości luminescencyjnych poprzez metodami technologicznymi
- Scyntylatory i luminofory rentgenowskie
- Luminofory o długotrwałej poświacie
- Pamięci optyczne
- Białe luminofory
- Luminescencyjne kompozyty organiczno-nieorganiczne
- Luminofory dla diagnostyki medycznej
- Proszki, nanoproszki, ceramiki, nanoceramiki, monokryształy
- Badania transferu i migracji energii
- Projektowanie katalizatorów rodowych i palladowych, badanie ich aktywności i transformacji w warunkach reakcji katalitycznych zgodnych z zasadami zielonej chemii;
- Projektowanie, synteza oraz charakterystyka fizykochemiczna i katalityczna nowych związków kompleksowych platyny z wodorofosforanami. Badania pod kątem antynowotworowej aktywności biologicznej in vitro;
- Badania strukturalne związków koordynacyjnych i metaloorganicznych metali przejściowych ważnych w katalizie homogenicznej, synteza fotochemiczna i mechanochemiczna;
- Katalityczne reakcje alkinów i olefin cyklicznych – polimeryzacja, metateza, tworzenia wiązań C-C i C-N;
- Projektowanie i badanie nieorganiczno-organicznych sieci porowatych i ich zastosowanie w sorpcji i separacji małych cząsteczek oraz w katalizie;
- Rozwijanie metod postsyntetycznej modyfikacji sieci porowatych oraz tworzenia materiałów hybrydowych MOF-polimer.
- chiralne kompleksy makrocykliczne – rozpoznawanie chiralne, kataliza enancjoselektywna, odwrócenie helikalnośći
- makrocykliczne kompleksy lantanowców dla katalizy i diagnostyki medycznej
- samoorganizacja systemów metalomakrocyklicznych
- magnesy molekularne oparte o kompleksy jonów metali
Główny obszar działalności Zespołu to zastosowanie metod chemii obliczeniowej do analizy strukturalnej i funkcjonalnej białek, kompleksów makromolekularnych, roztworów. Wśród stosowanych przez Zespółnarzędzi badawczych znajdują się:
- obliczenia statyczne metodami chemii kwantowej (DFT, ab initio), w tym wyznaczanie parametrów spektroskopowych oraz energii kompleksowania (wyznaczanie miejsc wiążących),
- obliczenia dynamiczne z użyciem klasycznych pól siłowych,
- obliczenia dynamiczne z użyciem technik Cara-Parrinello i Borna-Oppenheimera oraz metod przyspieszonego przeszukania przestrzeni fazowej, celem m.in. odwzorowania dynamiki sieci wiązań wodorowych,
- techniki dokowania dla ustalenia potencjalnych miejsc receptora wiążących ligand,
- synteza solwotermalna polimerów koordynacyjnych w reaktorach Berghof,
- krystalochemia połączeń metaloorganicznych.
- Ilościowa i jakościowa analiza leków i suplementów diety oraz produktów spożywczych za pomocą chemometrii oraz spektroskopii Ramana, IR oraz NIR.
- Badanie przejawów polimorfizmu w widmach oscylacyjnych.
- Analiza zmian chemicznych w tkankach mutantów Arabidopsis Thaliana.
- Analiza osadów dennych jezior basenu Morza Śródziemnego.
- Spektroskopowe i chemometryczne badanie mikroheterogeniczności cieczy binarnych.
- Badanie słabych oddziaływań międzycząsteczkowych, ze szczególnym uwzględnieniem wiązań wodorowych typu blue-shifting.
- Komputerowo wspomagana spektroskopia i chemometria:
- teoretyczne obliczenia struktury cząsteczek i kompleksów oraz odpowiadających im widm oscylacyjnych
- nowe oprogramowanie do analizy widm
- komputerowe symulacje wpływu różnych czynników na dwuwymiarowe widma korelacyjne oraz wyniki analizy chemometrycznej
- Synteza nowych związków pierwiastków f-elektronowych.
- Struktura molekularna i elektronowa trój- i dwuwartościowych jonów ziem rzadkich w układach o niskiej i wysokiej symetrii.
- Analiza teoretyczna przejść f-f, f-d oraz przejść przeniesienia ładunku w związkach pierwiastków f-elektronowych.
- Chemia Strukturalna: struktura molekularna i krystaliczna związków koordynacyjnych oraz organicznych; struktura a efekty kooperatywne w układach spin crossover.
- Chemia i Dynamika Związków Koordynacyjnych: synteza, struktura i reaktywność związków koordynacyjnych; korelacja pomiędzy strukturą i właściwościami; oddziaływania metal-ligand, metal-metal; mechanizmy przejść spinowych.
- Chemia i Fizyka Metali Przejściowych: synteza i właściwości związków metali przejściowych i polimerów koordynacyjnych.
- Chemia i Stereochemia Związków Organicznych: synteza i reaktywność związków heterocyklicznych; hemiaminali oraz niechelatujących bis- i poliazoli.
- Oddziaływania Międzycząsteczkowe: rola i znaczenie słabych oddziaływań C-H···X (X=π, N, O), wiązań halogenowych i stakingu w układach chemicznych; rozpoznanie molekularne i rozdział racemiczny.
- Chemia Nowych Materiałów: związki chemiczne o specjalnych właściwościach magnetycznych, synteza materiałów spin crossover.
- Materiały i ich zastosowania: przełączalne optycznie układy spin crossover.
- Chemia Strukturalna: struktura molekularna i krystaliczna związków koordynacyjnych oraz organicznych; struktura a efekty kooperatywne w układach spin crossover.
- Chemia i Dynamika Związków Koordynacyjnych: synteza, struktura i reaktywność związków koordynacyjnych; korelacja pomiędzy strukturą i właściwościami; oddziaływania metal-ligand, metal-metal; mechanizmy przejść spinowych.
- Chemia i Fizyka Metali Przejściowych: synteza i właściwości związków metali przejściowych i polimerów koordynacyjnych.
- Chemia i Stereochemia Związków Organicznych: synteza i reaktywność związków heterocyklicznych; hemiaminali oraz niechelatujących bis- i poliazoli.
- Oddziaływania Międzycząsteczkowe: rola i znaczenie słabych oddziaływań C-H···X (X=π, N, O), wiązań halogenowych i stakingu w układach chemicznych; rozpoznanie molekularne i rozdział racemiczny.
- Chemia Nowych Materiałów: związki chemiczne o specjalnych właściwościach magnetycznych, synteza materiałów spin crossover.
- Materiały i ich zastosowania: przełączalne optycznie układy spin crossover.
Obszar badawczy zespołu dotyczy poszukiwania nowych materiałów magnetycznych, które znajdą zastosowanie w nowoczesnych technologiach, jako:
- zaawansowane pamięci magnetyczne o coraz większej gęstości zapisu informacji
- w medycynie jako potencjalna platforma transportu leków kierowanych polem magnetycznym
Zadania badawcze:
- Projektowanie, synteza i charakterystyka nowych materiałów magnetycznych opartych na:
- architekturach uzyskiwanych w wyniku oryginalnych procesów samoskładania wybranych cząsteczek lub ich agregatów;
- wielordzeniowych klastrach koordynacyjnych z odpowiednim doborem miejsc koordynacyjnych i indywidualnego zachowania jednostek kompleksowych
- jednordzeniowych związkach koordynacyjnych jonów metali pierwiastków d- i f- elektronowych w otoczeniu ligandów N-, P-, O, S- donorowych;
- układach koordynacyjnych z rodnikowymi nośnikami spinów otwierającymi możliwe zastosowania w elektronice spinowej;
- organiczo-nieorganicznych hybrydowych związkach polioksometalanów (POM) (samoorganizacja POM lub klasyczne POM).
- Znalezienie ścieżek optymalizacji parametrów magnetycznych przez modulowanie wielkości anizotropii magnetycznej zmianami czynników strukturalnych, m.in. a) zaburzenie siły pola ligandów lub symetrii centrum spinowego, b) wymianę podstawnika w ligandzie, c) wprowadzenie ligandów fosfinowych, anionowych lub rodnikowych. Wyznaczenie znaku i wielkości parametru anizotropii magnetycznej (EPR, HF EPR, FIRMS).
- Teoretyczna interpretacja właściwości magnetycznych z wykorzystaniem metod DFT i ab initio [CASSCF, CASSCF/NEVPT2, DLPNO-CCSD, DLPNO-CCSD(T)].
- Projektowanie ścieżek selektywnego dostarczania terapeutyków w oparciu o nanomateriały magnetyczne – magneto-nanoformulacja, jako potencjalna platforma transportu leków.
- Zastosowanie ligandów N- i P- donorowych w konstrukcji materiałów funkcjonalnych wykazujących aktywność biologiczną i/lub magnetyczna i/lub luminescencyjną.
- Rozwój metod teoretycznych stosowanych w badaniach oddziaływań molekularnych.
- Zastosowanie zaawansowanych metod chemii kwantowej do badania struktury elektronowej i właściwości cząsteczek, kompleksów molekularnych, klasterów i ciał stałych.
- Teoretyczna analiza natury wiązań chemicznych i kompleksów molekularnych.
- Zastosowanie metod dynamiki molekularnej do badań kompleksów molekularnych oraz kryształów z wiązaniem wodorowym.
- Teoretyczne modelowanie właściwości i struktury polimerów i biopolimerów.
- Teoretyczne modelowanie właściwości w zakresie przewodników i nanomateriałów.
- Zastosowanie metod dynamiki molekularnej w badaniach nad szybkim przeniesieniem protonu.
- Wyjaśnienie charakteru wiązań chemicznych w rzadkich układach molekularnych, zawierających atomy gazów szlachetnych.
- Propozycja nowej metody obliczeń z uwzględnieniem stosowalności błędu superpozycji bazy i efektów wielociałowych.
- Synteza i badanie właściwości fizycznych nowych ferroików w grupie halogenoantymonianów(III) i halognobizmutanów(III) – dr hab. Anna Piecha-Bisiorek
- Badanie nieliniowych właściwości elektrycznych materiałów polarnych – prof. Grażyna Bator
Tematyka badawcza zespołu skupia się wokół szeroko pojętej analizy związku między termodynamiką, strukturą i aktywnością biologiczną metalopeptydów.
W szczególności badane są:
- interakcje peptydów przeciwdrobnoustrojowych z jonami Zn(II) i Cu(II)
- wpływ zastosowania peptydomimetyków na termodynamikę, strukturę i właściwości biologiczne ich kompleksów
- transport i homeostaza jonów Zn(II) i Ni(II) u patogenów; określana jest zależność między strukturą i funkcją kompleksów białkowych cynkoforów
- wpływ wiązania biologicznie istotnych jonów metali na fibrylację białek uwikłanych w choroby neurodegeneracyjne i autoimmunologiczne
- Procesy samoorganizacji i samoasocjacji w roztworze
- Molekularne węzły i sploty
- Klatki molekularne
- Rotaksany i maszyny molekularne
- Makrocykliczne receptory i ligandy
