Molekulární stavebnice supramolekulárních polymerů

Ing. Jarmila ČERNOCHOVÁ

Doctoral thesis

Molecular assemblies of supramolecular polymers

Abstract:

Supramolekulární chemie je relativně nový a velmi zajímavý obor chemie. V současné době této oblasti dostává širokého zájmu chemiků a vědecko-výzkumných pracovníků. Tato práce je zaměřena na syntézu nízkomolekulárních komponent vhodných pro následnou přípravu supramolekulárních polymerů. Hlavní oblastí zájmu pak byly látky s lipofilními 1-adamantylovými terminálními skupinami, které mohou sloužit jako ligandy pro kavitandy s lipofilními kavitami. V průběhu řešení zadání práce byly vytvořeny dvě série organických látek na bázi imidazoliových solí a byly studovány jejich supramolekulární vlastnosti. Jako hostitelské molekuly byl vybrán cyklooligosacharid Beta-cyclodextrin a dusíkatý makrocyklus cucurbit[7]uril, přičemž oba tyto makrocykly mají vhodné velikosti kavity, do které se nekovalentně vážou 1-adamantylové skupiny nově vyrobených hostujících molekul. Vzhledem k požadované rozpustnosti nových hostů ve vodném prostředí byly jako polární součásti jejich molekul zvoleny kationty odvozené od imidazolu a benzimidazolu. Všechny nově vytvořené látky byly charakterizovány pomocí NMR, EA, ESI-MS, IR. Supramolekulární chování vybraných ligandů pak bylo studováno pomocí 1H NMR, 2D NMR, ESI-MS a ITC. U jedné látky první série, 1-(4-(1-adamantylkarbonyl)fenylmethyl)-3-butylimidazolium bromidu bylo pozorováno neobvyklé chování ve vztahu k CB7 a Beta-CD. Cyklodextrin je schopen vytěsnit CB7 z jeho preferovaného vazebného místa na molekule hosta přestože vykazuje k tomuto vazebnému místu přibližně 100× nižší afinitu než CB7. Tato energetická ztráta je kompenzována následnou vazbou CB7 na jiné, nepreferované, vazebné místo. U druhé série látek, bisimidazoliových solí se dvěma identickými vazebnými místy, byl pomocí ESI-MS popsán vztah mezi vazebnými možnostmi a odlišnostmi ve fragmentačních drahách komplexů hostujících molekul a CB7 v plynné fázi.

Abstract:

Supramolecular chemistry is rather new, however, exciting cross-disciplinary field of chemical science. Recently, many supramolecular systems are extensively studied in laboratories around the world. This work has been aimed at synthesis of low-molecular-weight components of supramolecular polymers. Particularly, the two series of the guest molecules bearing lipophilic adamantane moiety at terminal positions have been prepared and their supramolecular properties have been studied. The macrocycles Beta-cyclodextrin (BetaCD and cucurbit[7]uril (CB7) were chosen as a host molecules for their suitable cavity size. The interior cavity of both these macrocycles perfectly matches the spherical adamantane moiety to form highly stable aggregates. The imidazolium and benzimidazolium based spacers were employed to increase the water soubility of final guest molecules. All new prepared compounds were characterized by means of NMR, ESI-MS, IR and EA. Supramolecular properties of selected guests with cavitands were examined using 1H NMR, 2D NMR, ESI-MS and ITC. One compound from the first serie, namely 1-(4-(1-adamantylcarbonyl)phenylmethyl)-3-butylimidazolium bromide, displayed an interesting behavior towards Beta-CD and CB7. Despite the 100 times lower affinity, cyclodextrin was able to push out the CB7 unit from its prefered binding site. Corresponding energetic loss was compensed by binding of CB7 to the second, unprefered site. The compounds of the second serie displayed very interesting relationship between the host-guest binding mode and fragmentation pattern in ESI-MS spectra.

Keywords

Adamantan, hostitel-host chemie, imidazolium, cyklodextrin, cucurbituril.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 6. 2015

Accessible from:: 25. 6. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 15. 9. 2015

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Technology of Macromolecular Compounds