Jedny z nejvzácnějších kovových prvků v zemské kůře jsou platinové kovy. Široké uplatnění těchto kovů a jejich sloučenin zejména v chemii katalyticky řízených reakcí přispělo v posledních letech k výraznému snížení jejich zásoby v přírodních zdrojích. Tento fakt, ale i vysoká cena a toxicita platinových kovů přiměla tým profesora Aleše Růžičky k bádání, zda by bylo možné tyto kovy něčím nahradit.
„Jde o dlouhodobý program naší skupiny, kdy se snažíme nahradit koordinační sloučeniny zejména platinových kovů, široce používané v homogenní katalýze pro přípravy a výroby minimálně dvaceti z padesáti komerčně nejúspěšnějších chemikálií, koordinačními sloučeninami kovů hlavních skupin. Důvodem našeho snažení o tuto náhradu je, že při současné spotřebě těchto kovů a jejich zastoupení v zemské kůře budou během několika dalších desetiletí vyčerpány,“ vysvětlil prof. Ing. Aleš Růžička, Ph.D., z Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice.
Nejdůležitějším faktorem bylo naučit kovy hlavních skupin, aby se chovaly jako kovy přechodné, a bylo je tak možné použít jako katalyzátory pro chemické transformace. Takovéto aplikace kovů hlavních skupin nejsou známé a ještě před zhruba dvaceti roky se nikdo nepokoušel ani o základní reaktivitu, natož aplikace v katalýze nebo optoelektronice.
„Tušili jsme, že hlavními faktory pro toto použití jsou elektronické a sterické vlastnosti okolí atomu kovu (ligandy) a jeho oxidační stav. Proto bylo pro nás nejdůležitější vyvinout takové organické ligandy, kterými by bylo možné efektivně dekorovat, odstínit a stabilizovat kovy hlavních skupin jako např. hliník, hořčík, cín, antimon, bizmut a další v nižších oxidačních stavech, než je obvyklé v jejich klasické chemii,“ uvádí profesor Růžička.
Těchto ligandů připravili řešitelé velké množství, zapojili je do koordinačních sfér zmíněných kovů, produkty redukovali a reagovali s různými organickými substráty. „Celý projekt je protkán neskutečným množstvím vedlejších a slepých uliček, které ovšem zároveň otevírají nové směry a poskytly nečekané informace o chování nejen ligandů a kovů hlavních skupin, ale i kovů přechodných,“ uvádí Aleš Růžička.
Levné a netoxické sloučeniny kovů hlavních skupin v nižších oxidačních stavech jsou schopné stejné nebo podobné reaktivity jako koordinační sloučeniny přechodných kovů. Může docházet k dosud nepopsaným aktivacím malých molekul a reakcím nenasycených systémů.
Jeho tým při zkoumání nejvíce překvapila obrovská variabilita chování a reaktivity cílových sloučenin v závislosti na použitých rozpouštědlech, substituci ligandů a kovů, a jejich aktivita v mnoha zajímavých procesech včetně aktivace malých molekul a násobných vazeb.
„Ovšem paradoxně největším neplánovaným překvapením a popřením dosavadně používaných paradigmat jsou výsledky dosažené v chemii zlatných sloučenin, které jsme v kombinaci s našimi ligandy používali pouze jako srovnávací. V této sadě sloučenin se nám podařilo ve spolupráci s kolegy z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy odhalit a změřit disociační energii (sílu) netradiční vazby mezi dvěma atomy zlata, a navíc i popsat vodíkovou vazbu z N-H skupiny na pozitivně nabitý atom zlata, což je dle definic tohoto typu vazeb ´zakázáno´,“ říká profesor Aleš Růžička, jehož tým výsledky tříletého zkoumání využívá i pro další práci.
Těsně před ukončením projektu došlo na základě výsledků prezentovaných na konferencích a v publikacích k okamžitému navázání spolupráce s kolegy z Technické Univerzity v Berlíně. „V současné době již máme tři společné publikace o stabilizaci tak obskurních nekovových center jako Si(0), Si(I)+ a N(I)+ a reaktivitě oxidu uhelnatého, vydané v prestižních chemických časopisech jako Angewandte Chemie – International Edition, Journal of the American Chemical Society a Chemical Communications.“
Prof. Ing. Aleš Růžička, Ph.D., se narodil v roce 1974, vystudoval inženýrský, a poté i doktorský program Anorganická a bioanorganická chemie na VŠChT a na Univerzitě Pardubice, oba pod vedením prof. Jaroslava Holečka. Postdoktorskou stáž v rámci Royal Society/NATO fellowship strávil u prof. Michaela F. Lapperta na Sussex University v Brightonu v roce 2003. V dalších letech vykonal krátkodobé pobyty a přednášel na zahraničních univerzitách (Dijon, Zaragoza, Brusel, Saitama, Zürich, Chemnitz, Graz a KIT Karlsruhe). V rámci svých pedagogických povinností vede kurzy přednášek o aspektech organokovové chemie, pokročilé anorganické chemie, NMR spektroskopie a krystalografie. Podílí se na pořádání řady mezinárodních konferencí, mimo jiných je členem Vědecké rady AV ČR a Učené společnosti ČR.