Bambusurily a jejich supramolekulární interakce s organickými fosfáty

Bc. Tomáš Fiala

Master's thesis

Bambusurils and their supramolecular interactions with organic phosphates

Abstract:

Tato práce zahrnuje dva projekty zaměřené na syntézu a supramolekulární vlastnosti bambusurilů – molekul patřících mezi makrocyklické receptory aniontů. V rámci prvního projektu byla navržena a optimalizována vylepšená metodologie pro přípravu bambusurilů. Nové reakční podmínky byly využity pro přípravu nového derivátu bambus[6]urilu. Tento receptor vykazuje vysokou selektivitu pro vazbu jodidových a chloristanových aniontů ve vodných roztocích s asociačními konstantami převyšujícími 109 M-1. Tak vysoké asociační konstanty byly naměřeny vůbec poprvé pro neutrální receptor aniontů ve vodném prostředí. Pomocí NMR a ITC experimentů bylo rovněž ukázáno, že afinita nově připraveného receptoru k aniontům sice mírně klesá v zásaditém prostředí, avšak není ovlivněna přítomností kyselin. Tato afinita je rovněž nezávislá na povaze přítomných kationtů. Druhý projekt se zabývá charakterizací vazebného rozhraní mezi bambus[6]urily a organickými fosfáty. NMR titrační experimenty a metoda kontinuální variace ukázaly, že dialkyl-fosfáty dominantně tvoří s bambusurily v roztoku komplex se stechiometrií 1:1. Z neúspěšných pokusů o syntézu [2]rotaxanu založeném na dialkyl-fosfátu, který je provlečený bambus[6]urilem se zdá, že pozorovaný komplex není inkluzní, ale externí. V pevné fázi byl pomocí rentgenové krystalografie identifikován komplex bambus[6]urilu s dialkyl-fosfátem se stechiometrií 1:2.

Abstract:

This work includes two projects focusing on the synthesis and supramolecular properties of bambusurils – molecules from the group of macrocyclic anion receptors. In the first project, an improved methodology for the preparation of bambusurils was designed and optimized. The new conditions were used to prepare a novel bambus[6]uril derivative. This receptor shows a high selectivity towards iodide and perchlorate anions in aqueous solutions with association constants exceeding 109 M-1. Such high association constants have been observed for the first time for a neutral anion receptor in water. NMR and ITC measurements also showed that the affinity of the prepared receptor towards anions slightly decreases under basic conditions, whereas it is not influenced by the presence of acid. Furthermore, the affinity is also independent on the nature of the present cations. The second project deals with the characterization of the bambusuril–organic phosphate binding interface. NMR titration experiments and the method of continuous variation showed that bambus[6]urils and dialkyl phosphates predominantly form complexes of a 1:1 stoichiometry in solution. As a result of failed attempts to synthesize a [2]rotaxane based on a dialkyl phosphate threaded bambus[6]uril, it seems that the observed complex was an external rather than an inclusion one. In the solid state, a bambusuril–dialkyl phosphate complex with a 1:2 stoichiometry has been identified by X-ray crystallography.

Keywords

bambusuril, organický fosfát, rozpoznávání aniontů, supramolekulární chemie, organic phosphate, anion recognition, supramolecular chemistry

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 28. 5. 2015
• Supervisor: prof. Ing. Vladimír Šindelář, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Organic Chemistry