Razvoj supramolekulskih receptora kationa i aniona

Development of Supramolecular Receptors for Cations and Anions

Razvoj efikasnih i selektivnih receptora nabijenih kemijskih vrsta od velike je važnosti, što je posebno prepoznato tijekom posljednjih nekoliko desetljeća. U okviru ovog projekta dizajnirat će se, sintezirati i karakterizirati brojni takvi spojevi. Priredit će se čitav niz novih derivata kaliksarena koji bi trebali efikasno i selektivno vezati razne katione i anione. Neki od tih spojeva predviđeni su da mogu poslužiti u analitičke svrhe, posebice kao ekstraktanti, drugi će sadržavati fluorescentne ili aminokiselinske podjedinice, dok će prilikom dizajna jednog dijela kaliksarenskih derivata posebna pažnja biti usmjerena poboljšanju njihove topljivosti u vodenom mediju. Kao nastavak naših ranijih istraživanja, priredit će se niz derivata dehidracetne kiseline kao anionskih receptora koji će sadržavati aminske, amidne, ureidne i tioureidne podjedinice. Kompleksacijski afiniteti svih navedenih spojeva prema raznim supstratima detaljno će se proučiti sveobuhvatnim pristupom koji uključuje termodinamička, komputacijska i strukturna istraživanja. Pri tome će se koristiti brojne eksperimentalne metode poput spektrofotometrije, fluorimetrije, spektroskopije NMR, konduktometrije, potenciometrije i (mikro)kalorimetrije. To će omogućiti određivanje pouzdanih termodinamičkih veličina (konstante stabilnosti, standardne Gibbsove energije, entalpije i entropije reakcija kompleksiranja i otapanja). Također će biti provedene simulacije molekulske dinamike istraživanih sustava, što će pripomoći dizajnu novih spojeva te interpretaciji eksperimentalnih nalaza. Pored toga, uz rezultate postignute spektroskopijom NMR i rentgenskom strukturnom analizom, te će simulacije pružiti uvid u strukturne karakteristike receptora i njihovih kompleksa. Posebna će pažnja biti posvećena utvrđivanju efekta intra- i intermolekulskih vodikovih veza te utjecaja solvatacije (posebice specifičnih interakcija otapalo-solut) na ravnoteže reakcija kompleksiranja. U tu svrhu koristit će se brojna otapala različitih solvatacijskih svojstava i afiniteta za stvaranje vodikovih veza. Očekuje se da će dobivene termodinamičke informacije omogućiti stjecanje detaljnog uvid u reakcije kompleksiranja, kao i utjecaj otapala na njihov ishod, što bi trebalo olakšati i ubrzati daljnji razvoj supramolekulskih receptora.

The importance of development of efficient and selective receptors of charged species has been widely recognised. In the framework of this project, a variety of such compounds will be designed, synthesised, and characterised. A series of novel calixarene derivatives capable of strongly and selectively binding cations and anions will be prepared. Some of these compounds are aimed to be efficient liquid-liquid extraction agents whereas the others will be designed to be water-soluble or to bear fluorescent and amino-acid substituents. Another class of anion receptors which will be synthesised comprises amine, amide, urea, and thiourea derivatives of dehydroacetic acid. The complexation abilities of all the compounds mentioned towards various substrates will be explored by using an integrated approach which includes thermodynamic, computational, and structural studies. A number of spectroscopic and electrochemical methods as well as (micro)calorimetry will be employed. That should yield detailed and reliable thermodynamic data (stability constants, reaction and solution Gibbs energies, enthalpies and entropies). In order to facilitate the design of the targeted molecules and to assist the interpretation of the experimental results, the molecular dynamics simulations of the systems studied will be carried out. This will, together with the results of NMR studies and that of solid-state X-ray diffraction investigations, also ensure information about structural characteristics of the receptors and their complexes. Particular attention will be focused on the hydrogen-bonding and solvation effects on the equilibria of binding reactions. For that reason, many solvents with different solvation and hydrogen-bonding affinities will be used. The obtained thermodynamic information is expected to provide a detailed insight into the complexation processes and the influence of medium on the reactions studied, which will allow further development of efficient supramolecular receptors.