The lectures include theory and experimental techniques of chiroptical spectroscopies and their applications.

Přednášky shrnují teorii a experimentální metody chiroptických spektroskopií a jejich aplikace.

Make acquaint with the theoretical and experimental part of chirality problematics and their studies by optical spectroscopies.

Seznámit se po teoretické i experimentální stránce s problematikou chirality a jejího studia optickými spektroskopiemi.

Oral exam

Ústní zkouška

L. D. Barron: Molecular Light Scattering and Optical Activity. 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge 2004.

L. A. Nafie: Vibrational Optical Activity: Principles and Applications. John Wiley & Sons, Chichester 2011.

P. L. Polavarapu: Chiroptical Spectroscopy. CRC Press, london 2016.

P. J. Stephens, F. J. Devlin, J. R. Cheeseman: VCD Spectroscopy for Organic Chemists. CRC Press, London 2019.

L. D. Barron: Molecular Light Scattering and Optical Activity. 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge 2004.

L. A. Nafie: Vibrational Optical Activity: Principles and Applications. John Wiley & Sons, Chichester 2011.

P. L. Polavarapu: Chiroptical Spectroscopy. CRC Press, london 2016.

P. J. Stephens, F. J. Devlin, J. R. Cheeseman: VCD Spectroscopy for Organic Chemists. CRC Press, London 2019.

1. Chirality and optical activity. Optically active molecules, sources of chirality, symetry of molecules. Homochirality of biologically important molecules.

2. Determination of absolute configuration of molecules by standard structural techniques (X-ray analysis, NMR, chirally sensitive chromatography, etc.) - advantages and limits.

3. Polarization properties of light, Interaction of circularly polarized light with matter. Optical rotation. Optical rotational dispersion (ORD), Cotton effect, electronic circular dichroism (ECD). Raman optical activity (ROA) and vibrational circular dichroism (VCD). Circularly polarized luminescence (CPL). Magnetic circular dichroism (MCD)

4. The theoretical ground of chiroptical spectroscopies. Dipole and rotational strength of transition. Optical tensors and their invariants.

5. Experimental aspects of chiroptical methods. Samples and their preparations. Instrumentaliyation of light sources, generating of circularily polarized light, monochromators, detectors. Dispersion and FT measurements. Methods for increasing signal to noise ratio. Sensitivity and selectivity. Spectral resolution. Spectra treatment. Modern devices for measurement of ECD, VCD and ROA. Excursions at chiroptical laboratories.

6. Interpretation of the spectra. Empirical methods, determination of spectral markers, statistical methods (PCA, FA). Ab-initio and DFT simulations of chiroptical spectra - conformational scanning, frequency and intensity calculations by using different approximations, regarding interactions in solution (influence of solvents), simulations of large systems (fragmentation).

7. applications of chiroptical methods. Structural analysis of pharmacologically important molecules and drugs. Conformational analysis of biomolecules and supramolecular systems. Advantages and disadvantages of different methods for different biophysical, biochemical and biological applications. Examples of spectra of different biomolecules (peptides and proteins, nucleic acids and their basis, saccharides and polysaccharides, etc.).

1. Chiralita a optická aktivita. Opticky aktivní molekuly, zdroje chirality, symetrie molekul. Homochiralita biologicky významných molekul.

2. Určování absolutní konfigurace molekul pomocí běžných strukturních metod (rentgenová strukturní analýza, NMR, chirálně citlivá chromatografie, atd.) - výhody a omezení.

3. Polarizační vlastnosti světla. Interakce kruhově polarizovaného záření s látkou. Optická rotace. Optická rotační disperze (ORD), Cottonův effekt, elektronový cirkulární dichroismus (ECD). Ramanova optická aktivita (ROA) a vibrační cirkulární dichroismus (VCD). Cirkulárně polarizovaná luminiscence (CPL). Magnetický cirkulární dichroismus (MCD).

4. Teoretické základy chiroptické spektroskopie. Dipólová a rotační síla přechodu. Optické tenzory a jejich invarianty.

5. Experimentální aspekty chiroptických metod. Vzorky a jejich příprava. Instrumentalizace - zdroje záření, generování kruhově polarizovaného záření, monochromátory, detektory. Disperzní a FT měření. Metody zvyšování poměru signál/šum. Senzitivita a selektivita. Spektrální rozlišení. Zpracování spekter. Moderní aparatury pro měření ECD, VCD a ROA. Exkurze do chiroptické laboratoře.

6. Interpretace spekter. Empirické metody, určení spektrálních markerů, statistické metody (PCA, FA). Ab-initio a DFT simulace chiroptických spekter - konformační skenování, výpočet frekvencí a intenzit při využití různých aproximací, zohlednění interakce s okolím (vliv rozpouštědla), simulace velkých systémů (fragmentace).

7. Aplikace chiroptických metod. Strukturní analýza farmakologicky významných molekul, přírodních produktů a léčiv. Konformační analýza biomolekul a supramolekulárních systémů. Výhody a nevýhody jednotlivých metod pro různé biofyzikální, biochemické a biologické aplikace. Příklady spekter různých typů biomolekul (peptidy a proteiny, nukleové kyseliny a jejich báze, sacharidy a polysacharidy, atd.)