New macrocycles for selective binding of ions

Mgr. Kristína Sleziaková, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Bambusurily jsou tvořeny 2,4-disubstituovanými molekulami glykolurilu propojenými methylenovými můstky. Orientace a polarita glykolurilových monomerů umožňuje rozpoznání aniontů v dutině bambusurilu pomocí CH-vodíkových interakcí. Vhodná substituce glykolurilových podjednotek navíc ovlivňuje výslednou rozpustnost a funkčnost makrocyklu. Disertační práce je rozdělena do dvou hlavních částí, teoretické a experimentální. Teoretická část zahrnuje vývoj a přibývající aplikace bambusurilů. Experimentální část je rozdělena do tří sekcí s převládajícím zaměřením na supramolekulární chování derivátů bambusurilu. První sekce popisuje supramolekulární studii karboxybenzylového bambusurilu jako prvního zástupce rozpustného ve vodě, který se může chovat jako ditopický receptor, t. j. současně vázat kationty i anionty. Druhá sekce je věnována neutrálnímu bambusurilu s polyethylenglykolovými substituenty, který je rozpustný v široké škále rozpouštědel od polární vody po nepolární CCl4. Tato vynikající rozpustnost byla využita pro výzkum solvofobních sil, které jsou zodpovědné za mimořádnou stabilizaci aniontu v dutině bambusurilu. Poslední část představuje syntézu vysoce hydrofobních fluorovaných bambusurilů cílených pro využití v transmembránovém transportu.

Abstract:

Bambusurils are macrocycles composed of 2,4-disubstituted glycoluril molecules connected by methylene linkers. The orientation and polarity of glycoluril monomers allows the recognition of anions via multiple CH-hydrogen bonding interactions in the cavity of bambusuril. Moreover, appropriate substitution of glycoluril subunits influences solubility of macrocycle and can introduce different functions. This dissertation thesis is divided into two main parts, theoretical and experimental. Theoretical part summarizes the evolution of bambusurils and their accruing applications. Experimental part is divided into three sections with prevailing focus on the study of supramolecular behaviour of bambusuril derivatives. First section describes the supramolecular study of the first water-soluble carboxybenzyl bambusuril that can behave as ditopic receptor, i.e. simultaneously bind anions and cations. Second section is devoted to neutral bambusuril with polyethyleneglycol substituents, which is soluble in wide scale of solvents ranging from polar water to nonpolar CCl4. Such eminent solubility was exploited to investigate the solvophobic forces that stand behind the extraordinary high stabilization of anion inside the cavity of bambusuril. Finally, last section represents the synthesis of highly hydrophobic fluorinated bambusuril targeted for transmembrane transport.

Keywords

glycoluril, bambusuril, receptor for anions, CH-bond donor, hydrophobic effect, solvophobic effects, transmembrane anion transport, ditopic receptor, supramolecular chemistry, host and guest

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 10. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 8. 2. 2019
• Supervisor: prof. Ing. Vladimír Šindelář, Ph.D.
• Reader: Mgr. Tomáš Kraus, Ph.D., prof. Michael Pittelkow

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Organic Chemistry