Bakalářská práce studenta Norberta Daniela se zabývá aktuální a perspektivní problematikou bio-inspirovaných stavebních bloků n-typových organických polymerů pro bioelektroniku. Jedná se o původní práci zaměřenou na návrh a syntetické studium nových flavinově inspirovaných motivů, které mohou v budoucnu sloužit jako základní jednotky pro přípravu organických polovodičových materiálů využitelných v organických elektrochemických tranzistorech.



Cílem práce bylo zpracování rešerše k organickým materiálům využívaným v OECT, se zvláštním důrazem na n-typové organické materiály, jejich vlastnosti, limity a základní aspekty jejich syntézy. Experimentální část práce byla zaměřena na syntézu a charakterizaci prekurzoru pro zavedení rozvětveného oligoethylenglykolového řetězce a dále na prostudování přípravy thiofenového flavinového monomeru nesoucího oligoethylenglykolové postranní řetězce, včetně funkcionalizace vhodné pro budoucí přípravu polymerů.



Student se ve své bakalářské práci zapojil do nově rozvíjené a synteticky náročné oblasti výzkumu bio-inspirovaných n-typových organických materiálů. Práce vyžadovala nejen orientaci v interdisciplinární problematice organické bioelektroniky, ale také zvládnutí vícekrokové organické syntézy, purifikace polárních prekurzorů a interpretace analytických dat. Student v průběhu řešení prokázal schopnost samostatně pracovat s odbornou literaturou, porozumět souvislostem mezi molekulární strukturou a požadovanými materiálovými vlastnostmi a tyto poznatky aplikovat při návrhu syntetické strategie.



Pozitivně hodnotím zejména systematický přístup studenta k řešení zadaného tématu. V teoretické části práce student přehledně shrnul principy funkce OECT, problematiku n-typových organických polovodičů, význam bio-inspirovaných redoxních motivů a roli postranních oligoethylenglykolových řetězců při návrhu materiálů pro bioelektronické aplikace. Experimentální část pak vhodně navazuje na rešeršní část a přináší cenné poznatky k přípravě rozvětveného OEG prekurzoru i thiofenového flavinového jádra.



Celkově hodnotím výsledky dosažené studentem v rámci bakalářské práce jako hodnotné, originální a dále využitelné. Oceňuji především práci na synteticky komplikovaném systému, schopnost studenta reagovat na experimentální výzvy a jeho vytrvalost při optimalizaci jednotlivých kroků. Získané výsledky představují důležitý základ pro další rozvoj této nové větve výzkumu a mohou být využity při následné přípravě a studiu bio-inspirovaných n-typových polymerů pro organickou bioelektroniku.



Bakalářská práce bude sloužit jako velmi dobrý základ pro pokračování výzkumu v daném tématu. Student v ní prokázal schopnost orientovat se v moderní odborné problematice, osvojit si potřebné experimentální postupy a přispět k rozvoji perspektivního směru materiálové chemie.



Předloženou bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení:

Výborně / A.

Předkládaná bakalářská práce studenta Norberta Daniela se zabývá syntézou stavebních bloků pro přípravu bioinspirovaných n-typových organických polymerů s potenciálním využitím v oblasti organické bioelektroniky, především pro aplikace v organických elektrochemických tranzistorech (OECT). Práce je psána v českém jazyce a je standardně členěna na teoretickou část, experimentální část, výsledky a diskuzi, závěr a přílohy, v celkovém rozsahu 58 stran včetně příloh.
V teoretické části autor přehledně shrnuje problematiku organických elektrochemických tranzistorů, smíšené iontově-elektronové vodivosti, požadavků na aktivní materiály pro OECT a následně se zaměřuje na n-typové organické polymery, jejich energetické hladiny, stabilitu, vhodné stavební bloky a roli postranních řetězců. Oceňuji, že text je po odborné stránce poměrně ambiciózní a zasazuje řešenou syntetickou problematiku do širšího kontextu moderní organické bioelektroniky. Autor čerpal z celkem 63 převážně cizojazyčných odborných zdrojů, které jsou v textu průběžně citovány. K teoretické části mám nicméně několik výhrad. V textu se objevují stylisticky neobratné či gramaticky nepřesné formulace, např. nevhodná interpunkce ve větě (čárka místo tečky) „stav saturace, Transkonduktance…“ [str. 7]; v práci nejednotné užití termínu „kinakridon vs. chinakridon“ [př. str. 13–14, obr. 5]; nekompletní věta „pásu, na b] thiofen thieno[2,3-b]thiofenu, který je kříženě konjugovaný, což…“ [str 16]; formulace „způsobit až k částečné zesítění polymeru“ [str. 21]; překlep „3,4-diaminithiofen“ [str. 22]. Formálně mírně rušivě působí také odlišný font textu užitý v obrázcích vs. v textu a rovněž disproporce uváděných obrázků, a to jak v teoretické části, tak v následujících kapitolách (experimentální část i výsledky a diskuze). V některých pasážích by rovněž prospělo orientaci a přehlednosti užití doprovodné grafiky k textu (např. uvedení struktur tří diskutovaných polymerů na str. 17) nebo její názornější zobrazení (např. uvedení konkrétních torzních úhlů přímo ke strukturám v rámci obr. 11). Ohledně motivu větvených oligoethylenglykolových (OEG) řetězců mi v práci chyběl jasnější přechod od teoretických principů k navržené syntetické strategii.
V experimentální části autor popisuje syntézu rozvětveného OEG postranního řetězce, zahrnující alkylaci diethylmalonátu, redukci esterových skupin, Williamsonovu etherifikaci, debenzylaci a následnou Appelovu bromaci. Druhá syntetická větev je zaměřena na přípravu thienopteridinového, resp. flavinového, stavebního bloku a následnou modelovou N-alkylaci lineárním OEG řetězcem. Za pozitivní považuji, že autor v práci otevřeně diskutuje i neúspěšné či problematické syntetické kroky, včetně pokusu o redukci Synhydridem, nízkého výtěžku Appelovy bromace nebo komplikací při finální alkylaci. Experimentální část je poměrně rozsáhlá a dokládá, že autor provedl vícekrokovou (a poměrně pokročilou) organickou syntézu zahrnující purifikaci a charakterizaci několika intermediátů. Na druhou stranu mám k této části také nějaké výhrady. Finální monomer L/312 nebyl izolován v dostatečné čistotě a jeho struktura nebyla přesvědčivě potvrzena kompletní sadou analytických dat. Podobně prekurzor L/303 byl získán pouze jako přibližně 80% frakce, přičemž uvedený výtěžek 20 % se vztahuje právě k nedočištěnému materiálu. Obě tyto skutečnosti a úskalí však student poměrně přesvědčivě diskutuje v kapitole Výsledky a diskuze, což oceňuji. I v této části práce se však objevují nepřesné či nevhodné formulace, např. „skládající ho se“ nebo „těchto syntézy“ [str. 23]; „surového produkt“ a „Syntetiká cesta“ [str. 29, obr. 18]; případně záměna označení cílového flavinového bloku jako L/12 namísto L/17 [str. 34]. Jako další nedostatek vnímám absenci uvedení přístroje BenchTop NMR 80 MHz, na němž byla provedena naprostá většina charakterizací organických molekul (v práci je uveden pouze 500MHz NMR přístroj, na němž byl charakterizován jen výsledný produkt L/312).

Po formální stránce je práce zpracována na dobré úrovni, schémata jsou většinou přehledná a v textu pomáhají orientaci ve zvolených syntetických krocích. Přesto se v práci nachází řada jazykových, stylistických a typografických nedostatků, které celkový dojem mírně snižují. Po odborné stránce se jedná o velmi zajímavou a aktuální práci, která řeší atraktivní problematiku návrhu n-typových bioinspirovaných materiálů pro organickou bioelektroniku. Autor prokázal schopnost pracovat s odbornou literaturou, navrhnout a realizovat vícekrokové syntetické postupy a kriticky diskutovat jejich limity. Přestože se nepodařilo připravit finální cílový materiál v čisté a plně charakterizované podobě, práce poskytuje užitečný experimentální základ pro další optimalizaci syntézy těchto systémů. Předložená bakalářská práce podle mého názoru splňuje zadání, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení výborně / A. Topics for thesis defence:

1. Z teoretické části práce mi úplně jednoznačně nevyplynula role/důležitost větvení v postranním oligoethylenglykolovém (OEG) řetězci. Jaký očekávaný benefit tedy toto větvení má u výsledného derivátu přinést? Jak může toto větvení (a také délka OEG řetězce) podle Vás ovlivnit rovnováhu mezi iontovým transportem, bobtnáním polymeru ve vodném prostředí a elektronovým transportem podél konjugovaného skeletu? Vyskytují se běžně v literatuře elektronakceptorní motivy obsahující takto větvené OEG řetězce pro aplikace v organických elektrochemických tranzistorech (OECT)?
2. Při redukci diesteru L/298 pomocí Synhydridu v daném experimentu (kap. 3.4) popisujete, že po přídavku 3,1 ekvivalentu redukčního činidla a míchání do druhého dne nebyla v reakční směsi pomocí TLC analýzy již vůbec pozorována výchozí látka [str. 25]. Přesto jste pak přidal dalších 0,72 ekvivalentu Synhydridu a míchal do dalšího dne, následně jste přidal dalších 2,96 ekvivalentu Synhydridu a míchal do dalšího dne. Po zpracování reakce jste pak izoloval materiál, u něhož jste (dle popisu) neprovedl žádnou strukturní analýzu, ale použil ji znovu na redukci (tentokrát pomocí činidla LiAlH4). Co vás k tomu vedlo? Jak jste si byl jistý, že redukce se Synhydridem nebyla úspěšná?
3. V kapitole Výsledky a diskuze popisujete u syntézy intermediátu L/300, že žádoucí disubstituovaný produkt byl izolován pouze s výtěžkem 37 %, zatímco monosubstituovaný derivát tvořil přibližně 23,4 % celkově izolované směsi v podobě směsného produktu [str. 36]. Pomocí jaké metody byl tento jeho přibližný obsah stanoven?
4. Finální N-alkylace flavinového/pteridinového jádra vedla ke vzniku produktu L/312, u něhož NMR analýza naznačila přítomnost významného množství nezreagovaného alkylačního činidla. Jak byste tuto reakci dále optimalizoval z hlediska konverze, selektivity a následného čištění produktu? Setkal jste se již (např. v literatuře) s využitím katalytického množství crown-etherů při tomto typu reakcí? A nemohlo by jejich využití pomoci i ve Vašem případě pro navýšení výtěžku/konverze cíleného dialkylovaného produktu L/312?