Bachelor's Thesis

Bioinspired Flavin Analogues: A Study of Spectroscopic and Electrochemical Properties

Final Thesis 1.56 MB

Author of thesis: Kristýna Kulbová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: RNDr. Veronika Ostatná, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Truksa, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the spectroscopic and electrochemical characterization of a bioinspired flavin analogue based on an alloxazine scaffold and its comparison with riboflavin. The theoretical part summarizes the fundamental knowledge of flavin structure, redox behavior, and fluorescence properties, with emphasis on the relationship between molecular structure and its physicochemical properties. The experimental part focuses on the investigation of absorption and fluorescence properties using UV–VIS and fluorescence spectroscopy, together with the analysis of redox behavior by cyclic voltammetry. Significant differences between riboflavin and the studied analogue were observed, mainly related to the presence of an alloxazine scaffold instead of the isoalloxazine system characteristic of riboflavin, as well as to the influence of substituents on the electronic structure of the molecule. The flavin analogue exhibited a hypsochromic shift of the absorption bands, a bathochromic shift of fluorescence, an increased Stokes shift, and predominantly irreversible electrochemical behavior accompanied by pronounced adsorption effects at the electrode surface. The obtained results contribute to a better understanding of the relationship between the structure of flavin analogues and their spectroscopic and electrochemical properties.

Keywords:

Flavins, bioinspired analogues, riboflavin, fluorescence spectroscopy, UV–VIS spectroscopy, cyclic voltammetry, redox properties, flavin analogues

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Studentka seznámila členy komise s náplní a výsledky své bakalářské práce. Následovalo čtení posudků vedoucí a oponenta a byly zodpovězeny položené otázky. S dalšími dotazy se přidali ostatní členové komise: doc. Mgr. R. Komendová, Ph.D. – Jaké bylo elektrodové uspořádání? Jak probíhalo odplynění vzorků? Studentka reagovala na doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuze k dané problematice vzneseny. V diskuzi studentka prokázala velmi dobrou orientace v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Analytical, Environmental and Forensic Chemistry (BKCP_AAEFCH)

Composition of Committee

doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D. (předseda)
doc. Mgr. Renata Komendová, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Michaela Vašinová Galiová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jozef Krajčovič, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jitka Malá, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
RNDr. Veronika Ostatná, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá studiem spektroskopických a elektrochemických vlastností bioinspirovaného analogu flavinu v porovnání s riboflavinem. Cílem bakalářské práce bylo charakterizovat nově syntetizovaný derivát a porovnat jeho chování s látkou podobného charakteru dobře popsanou v literatuře.
Teoretická část práce je poměrně rozsáhlá a zahrnuje široký přehled problematiky flavinů a jejich analogů. Studentka prokázala schopnost vyhledat a zpracovat větší množství literárních zdrojů. Na druhou stranu je text místy spíše kompilačního charakteru a chybí hlubší kritická analýza. Některé pasáže jsou zbytečně podrobné na úkor přehlednosti, zatímco jiné by si zasloužily důslednější rozbor s ohledem na vztah k experimentální části práce. Ve výsledkové části, studentka porovnala riboflavin a jeho derivát pomocí UV-Vis a fluorescenční spektrometrie a cyklické voltametre. Interpretace dat je ve většině případů správná, nicméně často se omezuje na popis pozorovaných jevů bez hlubšího rozboru. Diskuse by měla být více kritická a více propojena s literárními údaji. V některých částech chybí detailnější vysvětlení příčin pozorovaných rozdílů, zejména v elektrochemickém chování derivátu a vlivu adsorpčních jevů.
Z hlediska samostatnosti studentka prokázala schopnost realizovat experimentální práci a orientovat se v dané problematice, avšak její přístup byl spíše vedený a prostor pro vlastní iniciativu a hlubší interpretaci výsledků nebyl plně využit. Kritické zhodnocení limitací použitých metod i vlastních výsledků je spíše omezené.
Po formální stránce je práce zpracována přijatelně, text je strukturován logicky, avšak obsahuje drobné stylistické a jazykové nedostatky. Některé formulace jsou nepřesné a místy se objevuje menší nekonzistence v terminologii.
Celkově práce splňuje základní požadavky kladené na bakalářské práce a proto ji navrhuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse D
Závěry práce a jejich formulace D
Využívání konzultací při řešení práce B
Celkový přístup k řešení úkolů B
Splnění požadavků zadání B
Studium literatury a její zpracování C
Využití poznatků z literatury C

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Jan Truksa, Ph.D.

Celkové hodnocení
Studentka Kristýna Kulbová vypracovala bakalářskou práci o celkovém rozsahu 48 stran. V teoretické části je nejprve shrnuta role flavinů v přírodě, jejich struktura a vlastnosti. Autorka zde popisuje možnosti syntetické úpravy pomocí lokantů, které však nejsou nikde v textu ani obrázcích vysvětleny což významně ztěžuje orientaci v textu. Práce pokračuje popisem spektroskopických a elektrochemických vlastností těchto molekul. Popis bohužel nejde příliš do hloubky – pojmy HOMO a LUMO orbitalů, zásadní pro téma, jsou pouze krátce zmíněny bez vysvětlení, podobně jsou často zmiňovány změny elektronové struktury bez další specifikace.
V experimentální části je popsána metodika spektroskopických a elektrochemických měření, v popisu však není zcela jasné, proč byla zvolena daná koncentrace riboflavinu, případně jak byla provedena normalizace spekter. Chybí také např. údaje o čistotě fosfátového pufru a rozpouštědel. Naměřená spektra jsou prezentována standardně, nedostatkem je však chybějící srovnání analogu riboflavinu – obsahující alloxazinový řetězec – s jinými alloxazinovými molekulami. V rámci práce je prezentován pouze riboflavin, který má isoalloxazinové jádro. Izomerie vede k rozdílům v absorpčních i emisních spektrech, což je zdokumentováno v literatuře, ze které autorka čerpá. Tyto strukturní rozdíly jsou však v textu reflektovány v minimální míře a popis je tím pádem neúplný. Dále je diskutován Stokesův posun zkoumaných molekul. Kuriózní zde je, že kapitoly 4.1.2.1 a 4.1.2.2 jsou identické, pouze je v první popsána zkoumaná molekula jako derivát riboflavinu a ve druhé jako flavinový analog. V elektrochemické části práce pak lze vytknout chybějící popisy píků R1, R2 a dalších, které jsou využívány v textu, ale ne ve voltamogramech. Nedostatkem je také absence strukturních vzorců semichinonových a redukovaných forem flavinu, které jsou v textu často zmiňovány. V práci je formulována celá řada myšlenek, které by zasloužily hlubší rozbor a zdůvodnění, nebo alespoň odkaz na literaturu – například jakým způsobem by měly nezářivé přechody molekuly způsobit rozšíření fluorescenčního pásu (4.1.2), či proč by méně rozpustný analog měl mít silnější interakce s prostředím rozpouštědla (4.1.2.1). V závěru práce jsou srozumitelně shrnuty experimenty a jejich výsledky, chybí však zamyšlení, jak by bylo možné měření do budoucna zpřesnit, nebo o jaké látky jej rozšířit.
Po formální stránce je práce zpracována s minimem překlepů, a čerpá ze čtyřiceti zdrojů literatury, převážně knih a aktuálních odborných článků. Nezvyklé je však zpracování citací, které jsou v seznamu literatury řazeny abecedně, bez ohledu na pořadí citace v práci – první citace v textu je tak označena číslem 20. Také grafické zpracování práce vypovídá o tom, že autorka postupně rezignovala i na elementární typografická pravidla – experimentální část a diskuze jsou uvozeny nadpisem druhé úrovně, mezi závěrem práce a seznamem literatury není vložen konec stránky, seznam zkratek zcela chybí.
I přes zmíněné nedostatky lze konstatovat, že požadavky zadání byly naplněny. Práci tedy doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení známkou D.

Dílčí připomínky:
Často se opakuje sdělení, že některá analoga flavinů mají vysokou teplotní odolnost, případně, že lumichrom je degradačním produktem riboflavinu, autorka však tyto myšlenky nikde dále nerozvíjí.
Není jasné, zda lze sotva znatelné zvýšení absorbance flavinového analogu při 385 nm označit za elektronový přechod, jak to činí autorka. Není jasné, na základě čeho byl zvolen čas pro adsorpci na elektrodu a proč byl u obou studovaných molekul výrazně rozdílný.
V textu lze najít mnoho obratů, které neodpovídají českým termínům a pravděpodobně vznikly strojovým překladem z angličtiny – např. „pásová mezera“, „emisní fluorescence“, „solventní efekty“, „univerzální redoxní prostředník“.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání C
Logické členění práce C
Kvalita zpracování výsledků D
Interpretace výsledků, jejich diskuse D
Využití literatury a její citace D
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem D
Závěry práce a jejich formulace D
Topics for thesis defence:
  1. Uveďte prosím krátké vysvětlení zkratek HOMO a LUMO. Jaký je jejich význam pro spektrometrii a elektrochemii organických látek? (str. 14)
  2. Uveďte prosím přesný postup normalizace UV/Vis absorpčních spekter. (str. 30)
  3. Na základě čeho soudíte, že redoxní signál v oblasti – 0,35 V až – 0,40 V přísluší redukci kyslíku, a že přechody zachycené ve voltamogramu odpovídají vícekrokovému mechanismu protonově vázaného přenosu elektronů? (str. 38)
  4. Proč byla cyklická voltametrie měřena pouze v záporných potenciálech?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová