Kemijski odsjek

Povijest i razvoj Kemijskog odsjeka

Povijest Kemijskog odsjeka počinje 1874. godine utemeljenjem Lučbenog zavoda na Mudroslovnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Godine 1876. prva predavanja iz kemije držao je Aleksandar Velkov. Za potrebe nastave osposobio je laboratorije smještene u manjoj zgradi u Novoj Vesi br. 1. Nakon njegove prerane smrti, kemiju privremeno predaje botaničar Bohuslav Jiruš, sve dok 1879. godine nije na mjestu izvanrednog profesora imenovan češki učenjak Gustav Janeček. Zbog povećanog broja slušača i širenja nastavnog programa, Janeček je pokrenuo izgradnju nove zavodske zgrade na današnjem Strossmayerovu trgu 14, koja je otvorena 1884. godine. Uz takve poboljšane uvjete, dogodili su se veliki pomaci u radu Lučbenog zavoda; proširene su laboratorijske vježbe i pokrenuta su znanstvena istraživanja u kojima sudjeluju napredniji studenti. Osobit napredak postignut je na području fizikalne i analitičke kemije. Gustav Janeček je desetljećima nastojao, kao jedini predstavnik kemijske struke, da se kemijska obuka proširi, da se osnuju katedre za pojedine grane kemije, posebno analitičku i fizikalnu kemiju, te da se katedra opće i eksperimentalne kemije podijeli na katedru za neorgansku i posebno za organsku kemiju. Na Janečekov poticaj počela je izgradnja nove zgrade Kemijskog zavoda na Marulićevu trgu 20. Zgrada je dovršena 1919. godine, ali nije bila predana Matematičko-prirodoslovnom odjelu Mudroslovnog fakulteta, kao što je bila nakana, nego je ustupljena tek utemeljenoj Visokoj tehničkoj školi. 1920. godine Lučbeni zavod mijenja ime u Kemijski zavod. Nakon Janečekova umirovljenja 1921. godine, u Zavod dolazi i postaje predstojnik ruski kemičar Nikola A. Pušin te preuzima vodstvo u to vrijeme utemeljene Katedre fizikalne kemije. Nakon što Pušin odlazi iz Hrvatske 1928. godine, Gilbert Flumiani preuzima Kemijski zavod, na čijem čelu ostaje sve do kraja Drugoga svjetskog rata. U to vrijeme već su oblikovana dva odjela, Farmaceutski i Kemijski odjel. Tijekom rata i nakon što je on završio slijedi preustroj mnogih sveučilišnih ustanova pa je iz Kemijskog zavoda 1942. godine izdvojen Farmaceutski odjel kao novi Farmaceutski fakultet, a godine 1946. odvaja se Matematičko-prirodoslovno odjel iz Filozofskog fakulteta. Matematičko-prirodoslovni odjel mijenja ime i novoutemeljeni Prirodoslovno-matematički fakultet ustrojen je u šest odsjeka. Jedan od njih bio je i Kemijski odsjek koji se u početku sastojao od novoutemeljenog Kemijskog instituta, kojemu je predstojnik bio Krešimir Balenović, te Fizičko-kemijskog instituta s Božom Težakom kao predstojnikom. Na Kemijskom institutu obavljala se djelatnost koja je obuhvaćala sva kemijska područja osim fizikalne kemije: opću i anorgansku kemiju predavao je Stanko Miholić, organsku kemiju i biokemiju predavao je Krešimir Balenović i analitičku kemiju predavao je Ladislav Filipović. Nakon prve podjele na dva spomenuta instituta, odvojili su se i ostali novoutemeljeni zavodi u sklopu Odsjeka. Tako je 1952. godine odvojen Laboratorij za opću i anorgansku kemiju (poslije je promijenio naziv u Zavod za opću i anorgansku kemiju) čiji predstojnik postaje Drago Grdenić, a 1962. godine i Zavod za analitičku kemiju s Ladislavom Filipovićem kao predstojnikom. Fizičko-kemijski institut je već 1959. godine promijenio naziv u Fizičko-kemijski zavod, a predstojnik mu je bio Božo Težak. Nakon odvajanja pojedinih zavoda iz Kemijskog instituta, institut 1961. godine mijenja naziv u Zavod za organsku kemiju i biokemiju, a predstojnik je bio Krešimir Balenović. Na sva četiri Zavoda počela se razvijati nastavna, ali i osobito znanstvena djelatnost.

Analitička kemija ima na Kemijskom odsjeku dugu tradiciju, još od Gustava Janečeka. Prvi predstojnik Zavoda za analitičku kemiju od 1962. godine, Ladislav Filipović, bavio se pretežno organskom mikroanalizom. Njegov nasljednik, Marko Herak, izvodio je radiometrijska istraživanja. Poslije su počela važnija istraživanja analitičke primjene kompleksa, osobito Schiffovih baza, organofosfornih spojeva i derivata 4-piridona. Pod vodstvom Biserke Tamhine spomenuti su kompleksi proučavani kao potencijalni reagensi za ekstrakcije metala. Osim klasičnih spektroskopskih metoda, već se od 1983. godine primjenjuje i plazma spektrometrija (Marija Široki). Dolaskom Zlatka Meića u Zavod s vremenom se uvode i druge spektroskopske metode (IR i Ramanova spektroskopija).

Biokemijska znanost se na Odsjeku počinje razvijati pod vodstvom Željka Kućana, koji postaje predstojnik Zavoda za biokemiju nakon njegova osnivanja 1995. godine. On pokreće istraživanja nukleinskih kiselina i biosinteze proteina. Istraživanja dobivaju novi zamah radovima Ivane Weygand-Đurašević, koja se osobito bavi enzimima aminoacil-tRNA-sintetazama.

Istraživanja na području fizikalne kemije, koja imaju tradiciju još od Gustava Janečeka, dobila su prvi veći zamah radovima Bože Težaka sa suradnicima na području koloidne kemije. Napredak u tom području, koji se sastojao od uvođenja novih eksperimentalnih tehnika te novih matematičkih i teoretskih modela, primjenjenih na proučavanje međupovršina i elektrolita, postignut je u grupi Nikole Kallaya. Pristup istraživanju elektrolitnih otopina (ionskih parova i kovinskih kompleksa s bioligandima) spektroskopskim, termodinamičkim i elektrokemijskim metodama s pomoću kemometrike razvio je Vladimir Simeon sa suradnicima. Posebno su važni doprinosi na području faktorske analize. Također je potrebno istaknuti radove na području atmosferske kemije i spektroskopije (Tomislav Cvitaš) te kristalnog rasta (Nada Stubičar) i faznih prijelaza čvrsto/tekuće (Đurđica Težak).

U području anorganske kemije treba istaknuti sustavni rad na organoživinim spojevima koji ima dulju tradiciju koja je počela radovima Drage Grdenića, a nastavljena radovima Borisa Kamenara i Milana Sikirice. Uz njih je potrebno spomenuti i sinteze novih organometalnih spojeva kojima se bavila Branka Korpar-Čolig. Posebice je važno otkriće tetramerkuriranog metana i njegovih derivata te određivanje njihovih struktura. Razvoj „čiste” anorganske kemije pratio je i razvoj rentgenske strukturne analize te metoda kemijske sinteze u čvrstom stanju. Rentgenska strukturna analiza postala je metoda istraživanja gotovo istodobno kada i u svijetu, te Zavod za opću i anorgansku kemiju postaje i središtem Hrvatske kristalografske zajednice pri HAZU. U tom području djelovali su mnogi suradnici među kojima se posebno ističe Ivan Vicković i Ante Nagl, a bavili su se strukturnom karakterizacijom organskih i farmaceutsko aktivnih spojeva Područje interesa Zvonimira Bana su legure i difrakcija rentgenskog zračenja na polikristalnom uzorku. Istraživanja također obuhvaćaju prijelazne metale 5. i 6. skupine te koordinacijske spojeve prve prijelazne serije koje je proučavao Branko Kaitner. Razvoju metodike nastave kemije svoj su doprinos dali Mirko Kesler, Ivo Perina te Milan Sikirica.

Ozbiljnija istraživanja u organskoj kemiji počela su djelovanjem Krešimira Balenovića. Snažno se razvijaju sintetska organska kemija i stereokemija, osobito na području aminokiselina, poliokso spojeva, organskih sulfoksida i selenoksida te muskarinskih derivata. Ta je istraživanja nastavio Ante Deljac. Nova istraživanja na području sintetske kemije izvode Mirko Poje, koji ispituje mehanizme oksidacije purina, te Ante Deljac i Zlatko Binenfeld, koji sintetiziraju nove oksimske derivate koji bi mogli biti zanimljivi kao antidoti. Nove promjene u nastavi i istraživanjima u organskoj kemiji nastaju 1970. godine dolaskom Dionisa Sunka na mjesto predstojnika Zavoda za organsku kemiju i biokemiju. Počinju se provoditi znanstvene i nastavne djelatnosti i u području fizikalne organske kemije. Istražuju se mehanizmi reakcija metodom kinetskih izotopinih učinaka. Znanstveni rad se poslije nastojanjem Hrvoja Vančika usmjerava prema upotrebi suvremenih metoda matrične izolacije nestabilnih molekulskih vrsta, čime se uvodi nova disciplina, kriokemija. Zlatko Mihalić razvija komputacijske ab initio metode računanja struktura molekula i prijelaznih stanja. Područje koje postaje sve važnije u svijetu, primjena enzimske katalize u organskoj sintezi, počinje se razvijati pod vodstvom Srđanke Tomić-Pisarović.

 

Kemijski odsjek danas

Danas na Kemijskom odsjeku djeluje pet Zavoda: Zavod za analitičku kemiju, Zavod za biokemiju, Zavod za fizikalnu kemiju, Zavod za opću i anorgansku kemiju te Zavod za organsku kemiju.

U Zavodu za analitičku kemiju istražuje se selektivnost i poboljšava osjetljivost klasičnih analitičkih metoda za primjenu u različitim analitičkim sustavima. Razrađuju se nove metode za ekstrakciju i/ili spektrofotometrijsko te spektrofluorimetrijsko određivanje analita koje se temelje na interakciji metala i različitih liganada. Provode se konformacijska i strukturna analiza bioaktivnih molekula makrolida, tiosemikarbazona i njihovih metalnih kompleksa uporabom eksperimentalnih (NMR, kristalografija, infracrvena i Ramanova spektroskopija, spektrometrija mase) i računskih metoda. Infracrvena i Ramanova spektroskopija primjenjuju se u istraživanju strukture nezasićenih spojeva te u određivanju sastava realnih uzoraka. Primjenom površinski pojačanog Ramanova raspršenja istražuju se interakcije između bioloških molekula i potencijalno biološki aktivnih spojeva. Razvijaju se metode atomske spektrometrije za kvantitativno određivanje kemijskog sastava prirodnih uzoraka i naprednih materijala.

U sklopu nekoliko projekata u Zavodu za biokemiju istražuju se struktura, funkcija i interakcije proteina i nukleinskih kiselina uključenih u translaciju genetičke poruke. Proučavaju se enzimi aminoacil-tRNA-sintetaze, koji kataliziraju esterifikaciju transfer RNA pripadnim aminokiselinama. Enzimi i ostali proteini proizvode se metodama genetičkog inženjerstva u prirodnim ili preinačenim oblicima. O načinu enzimskog djelovanja zaključuje se na temelju kinetičkih parametara biokemijskih reakcija, određivanjem konstanti vezanja supstrata te studiranjem djelovanja inhibitora. Biološka relevantnost konstruiranih promjena provjerava se in vivo genetičkim metodama. U suradnji s kristalografima određuju se i analiziraju prostorne strukture sintetaza i njihovih kompleksa s malim molekulama i makromolekulama.

U Zavodu za fizikalnu kemiju tradicionalno je znatan dio istraživanja bio i još jest vezan za koloidnu kemiju i fizikalnu kemiju makromolekula. Istraživanja u području koloidne i međupovršinske kemije bave se razvojem teorijskih modela i eksperimentalnih tehnika. U sklopu fizikalne kemije makromolekula proučavaju se svojstva polielektrolita i proteina u otopini te njihova adsorpcija na čvrstim supstratima. Također se proučavaju termodinamika i kinetika reakcija u otopinama te se dugo godina razvijaju kemometričke metode. Kvantno-kemijske metode rabe se za račun ploha potencijalnih energija i spektroskopskih svojstava molekula. Razvijaju se i primjenjuju kemometričke metode za interpretaciju složenih eksperimentalnih podataka i njihovu redukciju na značajne parametre. Računalne metode temeljene na polju sila, poput molekulske dinamike, Monte Carlo konformacijske pretrage i metode pristajanja (docking), koriste se za istraživanje strukturnih i dinamičkih svojstava (bio)kemijskih sustava. Izgradnjom 3D-QSAR modela istražuje se odnos između aktivnosti i strukturnih odlika različitih klasa spojeva.

U današnje vrijeme na Zavodu za opću i anorgansku kemiju provode se istraživanja u području kemije organskih i koordinacijskih spojeva, kemije čvrstog stanja, supramolekulske kemije, kemije proteina i drugih biološki aktivnih spojeva. Također, na Zavodu se razvijaju metodika i metodologija nastave kemije. Klasičnom kemijskom sintezom pripravljaju se organski spojevi kao što su diketoni, triketoni, Schiffove baze i derivati aminokiselina, koji se većinom rabe kao ligandi u sintezi koordinacijskih spojeva s metalima, uključujući polioksometalatne vrste. Pripravljeni spojevi pridonose spoznajama o prirodi slabih veza između koordinacijski nezasićenih atoma metala i atoma ili skupina donora elektrona te razumijevanju mehanizama homogene i heterogene katalize, biološke aktivnosti kompleksa prijelaznih metala te metaloenzimske aktivnosti. U sklopu kemije čvrstog stanja proučava se utjecaj slabih međumolekulskih djelovanja na molekulsko prepoznavanje te na strukturu i svojstva molekulskih krutina. Razvojem metoda supramolekulske sinteze omogućuje se dizajn kristalnog slaganja jednokomponentnih i višekomponentnih sustava, kokristalizacije te polimorfije.

U Zavodu za organsku kemiju klasičnim i biokatalitičkim metodama organske sinteze sintetiziraju novi spojevi koji sadržavaju monosaharide za koje postoje receptori na membranama stanica živih organizama. Proučavaju se i reakcijski mehanizmi reakcija u čvrstom stanju, temeljeni na modelnom sustavu aromatskih nitrozo monomer-dimera (azodioksid). U sklopu projekta iz područja računalne kemije, modernim metodama molekulskog modeliranja proučavaju se mehanizmi različitih reakcija organskih spojeva, a osobito struktura i svojstva reaktivnih vrsta koje u njima sudjeluju. Posebna se pozornost posvećuje ulozi otapala na tijek i brzinu tih reakcija.