Supramolekulární Newtonovo kyvadlo
| Téma: | Supramolekulární Newtonovo kyvadlo |
| Topic: | Towards Supramolecular Newton’s cradle |
| Školitel/Tutor: | doc. Mgr. Robert Vícha, Ph.D. |
| Konzultant/Consultant: | doc. Ing. Michal Rouchal, Ph.D. |
| E-mail: | rvicha@utb.cz; rouchal@utb.cz |
| Anotace: | |
| Newtonovo kyvadlo je klasická mechanická hračka demonstrující přenos momentu hybnosti v řadě dotýkajících se objektů prostřednictvím pružných srážek. Na supramolekulární úrovni může podobně fungovat oligo(pseudo)rotaxan, kde navázání makrocyklu na jednom konci vyvolá kaskádu posunů dalších makrocyklů a poslední makrocyklus je uvolněn do roztoku. Takto lze provádět přenos chemického signálu na vzdálenost několika jednotek nanometrů. Cílem projektu bude navrhnout, postupně připravit a v reálných systémech s vhodnými makrocykly odzkoušet axiální komponentu takového supramolekulárního Newtonova kyvadla. Základní prvky, a tedy i etapy řešení, budou a) návrh a příprava oligoaminového nosiče transmisních makrocyklů; b) řešení vhodné struktury a napojení kinetického spouštěče; c) propojení jednotlivých komponent do jednoho celku. Hlavními metodami používanými ke studiu připravených systémů budou NMR, MS, ITC a monokrystalová RTG difrakční analýza. V budoucnu mohou sloužit molekulární zařízení na bázi Newtonova kyvadla například k přenosu chemického signálu přes buněčné membrány. | |
| Annotation: | |
| Newton’s cradle is a classical mechanical toy demonstrating the transfer of momentum within a series of contacting objects through elastic collisions. At the supramolecular level, a similar function can be observed in oligo(pseudo)rotaxanes, where the binding of a macrocycle at one end triggers a cascade of displacements of further macrocycles, ultimately releasing the last macrocycle into the solution. This enables the transmission of a chemical signal over distances of several nanometres. The project will aim to design, progressively prepare, and experimentally evaluate the axial component of such a supramolecular Newton’s cradle in real systems with suitable macrocycles. The fundamental elements, and thus the stages of the solution, will be: a) the design and preparation of an oligoamine carrier for the transmission macrocycles; b) the solution of a suitable structure and connection of the kinetic trigger; c) the integration of individual components into a unified whole. The main methods used to study the prepared systems will include NMR, MS, ITC, and single-crystal X-ray diffraction analysis. In the future, molecular devices based on Newton’s cradle could, for example, be used to transmit chemical signals across cell membranes.
|
|
| Požadavky na studenta: | |
| Znalost organické chemie na pokročilé úrovni; znalost fyzikální a analytické chemie na základní úrovni; znalost metod strukturní analýzy organických sloučenin (NMR, MS, IR); schopnost komunikovat jak písemně tak ústně v Anglickém jazyce. | |
| Requirements: | |
| Advanced knowledge of organic chemistry; basic knowledge of physical and analytical chemistry; ability to use spectral methods for structure determination of organic compounds (NMR, MS, IR); ability to fluently communicate orally and written in English.
|
|
| Literatura/Literature: | |
| 1) L. Leung, M. T. Timm, J. C. Polanyi: Reversible 1D Chain-reaction gives an atomic-scale Newton’s Cradle. Chem. Commun. 2021, 57, 12647–12650.
2) K. Jelínková, A. Závodná, J. Kaleta, F. Zatloukal, M. Nečas, Z. Prucková, L. Dastychová, M. Rouchal, R. Vícha: Two squares in a barrel: Axially disubstituted conformationally rigid aliphatic binding motif for cucurbit[6]uril. J. Org. Chem. 2023, 88, 15615–1625. 3) P. Branná, J. Černochová, M. Rouchal, P. Kulhánek, M. Babinský, R. Marek, M. Nečas, I. Kuřitka, R. Vícha: Cooperative binding of cucurbit[n]urils and b-cyclodextrin to ditopic imidazolium-based ligands. J. Org. Chem. 2016, 81, 9595–9604. 4) P. Branná, M. Rouchal, Z. Prucková, L. Dastychová, R. Lenobel, T. Pospíšil, K. Maláč, R. Vícha: Rotaxanes Capped with Host Molecules: Supramolecular Behavior of Adamantylated Bisimidazolium Salts Containing a Biphenyl Centerpiece. Chem. Eur. J. 2015, 21, 11712–11718. 5) K. I. Assaf, W. M. Nau: Cucurbiturils: from synthesis to high-affinity binding and catalysis. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 394–418. 6) S. J. Barrow, S. Kata, M. J. Rowland, J. del Barrio, O. A. Scherman: Cucurbituril-Based Molecular Recognition. Chem. Rev. 2015, 115, 12320–12406. 7) H. Wang, J. Mills, B. Sun, H. Cui: Therapeutic supramolecular polymers: Designs and applications Progress in Polymer Science 2024, 148, 101769. 8) M. Zhang, M. Kim, W. Choi, J. Choi, D. H. Kim, Y. Liu, Z. Lin: Chiral macromolecules and supramolecular assemblies: Synthesis, properties and applications Progress in Polymer Science 2024, 151,101800. 9) H.-Q. Peng, W. Zhu, W.-J. Guo, Q. Li, S. Ma, C. Bucher, B. Liu, X. Ji, F. Huang, J. L. Sessler: Supramolecular polymers: Recent advances based on the types of underlying interactions Progress in Polymer Science 2023, 137, 101635. |
|
