Master's Thesis

Synthesis of 1,2-diketones for novel generation of organic photosensitizers

Final Thesis 6.13 MB

Author of thesis: Bc. Vojtěch Viceník

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Mgr. Jan Richtár, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Lukáš Maier, Ph.D.

Abstract:

Photosensitizers represent intensively researched materials for application in energy, medicine, and green synthesis. Bio-inspired organic materials find particular use in this area due to their expected biocompatibility, chemical tunability, and functional relevance derived from their roles in living systems. Flavins, derivatives of riboflavin (vitamin B2), belong to the category of promising next-generation photosensitizers.

This master’s thesis, in its literature review, deals with the process of photosensitization, photosensitizers, and their applications. It further focuses on flavins and their use, among other roles, as photosensitizers. Their optical and redox properties are summarized, along with the relationship between structure and properties, and their applications. This thesis also discusses approaches to the preparation of flavin derivatives, their target precursors (1,2-diketones), and possible methods for their modification using conjugated systems with the aim of preparing a portfolio of condensed and non-condensed (hetero)aromatic 1,2-diketones. In the experimental part, a series of cross-coupling reactions of condensed and non-condensed aromatic molecules was carried out to form diarylacetylenes, which were subsequently oxidized to the target 1,2-diketones. Furthermore, complex derivatives based on a thiophene–aromatic motif–thiophene structure were prepared as precursors for the synthesis of new 1,2-diketones with an expected bathochromic shift in absorption and emission. The target compounds and their intermediates were purified and characterized.

Keywords:

photosensitization, photosensitizers, flavins, 1,2-diketones, Sonogashira cross-coupling

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba diplomové práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl výborný výtah výsledků své práce, řádně zodpověděl všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagoval na připomínky. V diskusi tak student prokázal výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky práce. Komise zhodnotila jeho práci celkově jako výbornou. Pekař: Probíhaly všechny reakce v roztoku? Jak byl pak produkt extrahován? Jaký je princip vakuové sublimace? Veselý: Jak lze diketon oxidovat na uhlovodík? Co není v reakci uvedeno? V jakém rozsahu vlnových délek se v rámci přípravy pohybujete? Vala: Jak je důležitá separace náboje u připravených sloučenin a jak se to projeví v aplikaci?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Chemical Technologies (NPCP_CHCHTE)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Viera Jančovičová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Jan Richtár, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Vojtěcha Viceníka se zabývá problematikou syntézy 1,2-diketonů s rozvětveným aromatickým systémem jako prekurzorů pokročilých přírodou inspirovaných fotosenzitizérů. Cílem byla příprava logické série derivátů s variací planarity, délky konjugace a donor/akceptorových motivů, které budou v dalším výzkumu využity pro syntézu bioinspirovaných fotosenzitizérů a dalších aplikacích.
Student ve své diplomové práci participoval na důležité problematice využitelné jako relativně robustní metodologie přípravy klíčových prekurzorů nové generace fotosenzitizérů. Práce byla spojena s celou řadou výzev ať už v syntéze či následné purifikaci látek, což vyžadovalo trpělivost, kreativní a samostatný přístup.
Celkově hodnotím výsledky dosažené studentem v rámci diplomové práce za hodnotné a dále využitelné. Rovněž oceňuji aktivní přístup studenta při řešení vytyčených úkolů.
Diplomová práce bude sloužit jako podklad pro rozšíření portfolia diketonů s prodlouženým konjugovaným systémem a následnou přípravu bioinspirovaných fotosenzitizérů. Tyto budou dále studovány pro aplikaci ve foto(elektro)katalytickém vývoji vodíku, fotodynamické terapii a elektrochemickém uchování energie ve spolupráci se zahraničními i tuzemskými výzkumnými partnery.
Předloženou diplomovou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce B
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Mgr. Lukáš Maier, Ph.D.

Dovolím si zde zmínit nedostatky, které snižuji mé celkové hodnocení.
V práci se objevuje značně nekonzistentní velikost struktur např. Obrázek 12 vs. 15, 21 vs. 22. apod. Některé struktury jsou pohledem organického chemika graficky nevzhledné např. levá struktura v Obrázku 13.

Ve schématech 4.3.1 strana 30, 4.3.2 strana 31, 4.3.3 strana 32, 4.3.4 strana 33 chybí uvedení CuI u reakční šipky. U reakcí 4.3.5 a 4.3.7 je pod reakční šipkou uvedena teplota 40 °C, THF, a v textu je uveden Toluen „reflux“. Na více místech je uveden chybně horní či dolní index „NH4Cl str. 34;  „C16H10“ str. 35;  „1H, 13C“ str. 40, nebo se objevují další zbytečné překlepy např.: 4.5.2 – „… 1.200g, 7.36 mmol; 1 ekv..) ,2 ekv.); 4.5.3 – název sloučeniny 16 2-(tributyltannyl)thiofenro ?

Procedura 4.3.7: reakční schéma zásadním způsobem neodpovídá textu, chybí jeden z reagentů ve schématu a u Pd-katalyzátoru je uvedeno nulové látkové množství použité v reakci. Obecně si myslím, že volba jednotek (g) u experimentů není vzhledem k množství vhodně zvolena. Výtěžek 0.102 g (13%) je dle použitých množství výchozích látek nesmyslné číslo. Prosím o vysvětlení. 100% výtěžek odpovídá cca 57 mg. V diskusi je navíc uvedeno, „13% - produkt přečištěný sublimací ½ množství surového produktu“. Stejný problém je u procedury 4.4.2 – výtěžek 13% je chybný, správná hodnota dle uvedených čísel je 2.2%. U reakce 4.5.1 jsou opět matoucí údaje pod reakční šipkou v porovnání s textem. Tvorba organohořečnatého intermediátu byla tedy prováděna při jaké teplotě? Tento zápis neumožňuje experiment bez obav zopakovat.

5.1.1 – Zmíněný problém s požadovaným malým množstvím TMS-acetylenu do reakce se běžně řeší přidáním alikvotu (definovaného objemu) předem připraveného roztoku o definované koncentraci, tak aby objem přídavku byl z praktického hlediska výhodný. Uvažovali jste o této variantě? 

5.1.4 – Skutečně jste chtěli provádět Sonogashirovu reakci v DCM, chloroformu či 1,2-dichlorethanu? Volba rozpouštědel pro test rozpustnosti by měla více reflektovat proveditelnost Sonogashirovy reakce.

Pro čtenáře jsou poněkud matoucí informace k molekule 8. V textu 5.1.4 je uveden izolovaný výtěžek, zároveň informace, že NMR spektra neodpovídají požadované struktuře (NMR spektra na stranách 98 a 99). Pokud se tedy molekulu nepodařilo připravit/purifikovat a jednoznačně charakterizovat je použití termínu výtěžek značně zavádějící a popis NMR spekter irelevantní. Stejné tvrzení bude platit i o naměřeném bodu tání a IR spekter. Pro tuto molekulu 8 je v alternativním přístupu (5.1.7) tvrzení: „NMR analýza žádné z frakcí nebyla úspěšná kvůli velice nízké rozpustnosti získaného produktu“. Nicméně tento materiál byl v následující oxidaci (kapitola 4.4.4) rozpuštěn v množství 26 mg v 5 mL bezvodého DMSO. Pokud se materiál skutečně rozpustil, jak je uvedeno, tak z pohledu NMR spektroskopie je tedy možné dosáhnout velmi slušné koncentrace tzn. cca 2 mg/0.5 mL v DMSO, která budou více než dostatečná pro naměření potřebných 1H i 13C NMR spekter.

Grafické zpracování některých NMR spekter je dle mého názoru také mírně problematické. Např. Obr. 61, 83 – detailnější pohled na integrály není příliš přesvědčivý. Peak picking nečistot u 13C NMR spekter např. Obr. 72, 80 apod. je naprosto zbytečný. 19F NMR spektrum látky 19 není zfázováno a jeho integrace jediného píku ve spektru nedává žádný smysl.
Kvalita IR spekter je také velmi diskutabilní. Spektrum pravděpodobně nebylo podrobeno standardní proceduře – baseline correction. Výše zmíněné skutečnosti by se v diplomové práci objevit neměly.

Z práce lze chápat, že jedním z hlavních problémů těchto molekul je jejich rozpustnost, která bude komplikovat i následnou cyklizaci na požadované flaviny. Jakým způsobem by bylo obecně možné zlepšit jejich rozpustnost?

Pro úspěšnost cyklizace diketonů na flaviny je pravděpodobně kromě jejich rozpustnosti zásadní také schopnost zaujmout s-cis konformaci diketonové části molekul (Schéma 1). Jakým způsobem by šlo experimentálně zjistit preferenční konformaci daných molekul a jakým způsobem by šlo tuto rovnováhu změnit ve prospěch s-cis konformeru?
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem C
Závěry práce a jejich formulace A

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová