Využití diamantanového motivu pro přípravu pokročilých supramolekulárních systémů
| Téma: | Využití diamantanového motivu pro přípravu pokročilých supramolekulárních systémů
|
|
| Topic: | Advanced supramolecular systems based on diamantane scaffold | |
| Školitel/Tutor: | doc. Ing. Michal Rouchal, Ph.D. | |
| Konzultant/Consultant: | doc. Mgr. Robert Vícha, Ph.D. | |
| E-mail: | rouchal@utb.cz; rvicha@utb.cz | |
| Anotace: | ||
| Diamantanoidy představují skupinu polycyklických uhlovodíků svojí strukturou připomínající krystalovou mřížku diamantu. Díky své rigiditě, vysokému stupni symetrie, nepolárnímu charakteru a možnosti selektivní fukcionalizace v různých polohách jsou deriváty diamantanoidů vhodnými kandidáty pro využití ve farmacii, polymerních materiálech, katalýze, optických zařízeních, nanomateriálech a dalších oblastech.
Druhý nejmenší člen rodiny diamantanoidů, diamantan, představuje slibný motiv pro racionální návrh a konstrukci derivátů schopných tvořit supramolekulární hostitel–host komplexy s různými typy makrocyklických sloučenin, jako jsou cucurbit[n]urily a cyklodextriny. Dosud byly jako potenciální ligandy pro tvorbu binárních hostitel–host komplexů studovány pouze jednoduché deriváty diamantanu, jako jsou aminy, alkoholy či karboxylové kyseliny. Naproti tomu, naše předběžné výsledky naznačují, že rozšíření diamantanové klece o rigidní uhlovodíkové skupiny může vést k přípravě ligandů schopných vytvářet homo- nebo heteroternání supramolekulární komplexy. Cílem tohoto projektu je návrh a syntéza ligandů na bázi diamantanové klece rozšířené o variabilní spojky mezi diamantanovým skeletem a kationtovými funkčními skupinami, a studium jejich supramolekulárního chování ve vícesložkových systémech. Hlavními metodami použitými ke studiu připravených systémů budou NMR spektroskopie, hmotnostní spektrometrie (MS), izotermální titrační kalorimetrie (ITC) a monokrystalová RTG difrakční analýza.
|
||
| Annotation: | ||
| Diamondoids represent a class of hydrogen-terminated polycyclic hydrocarbons of nanometre size with well-defined structures resembling the diamond crystal lattice. Owing to their molecular rigidity, high symmetry, non-polar character, and selective functionalisation at different positions, diamondoid derivatives represent suitable candidates for applications in pharmaceuticals, polymers, catalysis, optical devices, nanomaterials, and related fields.
The second smallest members of the diamondoid family, diamantane, appears to be a promising motif for the rational design and construction of derivatives capable of forming supramolecular host–guest complexes with several types of macrocyclic compounds, such as cucurbit[n]urils and cyclodextrins. To date, only simple diamantane-based derivatives, such as amines, alcohols, or carboxylic acids, have been studied as potential ligands for the formation of binary supramolecular systems. In contrast, our preliminary results indicate that the extension of the diamantane cage with rigid hydrocarbon moieties provides ligands capable of forming homo- or heteroternary supramolecular complexes. The aim of this project is to design and synthesise of diamantane-based ligands extended by variable linkers between diamantane cage and cationic moieties, and to study their supramolecular behaviour in multicomponent systems. The main methods used to investigate the prepared systems will include NMR spectroscopy, mass spectrometry (MS), isothermal titration calorimetry (ITC), and single-crystal X-ray diffraction analysis.
|
||
| 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. Cao, L.; Šekutor, M.; Zavalij, P. Y.; Mlinarić‐Majerski, K.; Glaser, R.; Isaacs, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 988–993.
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. Y. Zhou, A. D. Brittain, D. Kong, M. Xiao, Y. Meng, L. Sun: Derivatization of diamondoids for functional appliacations. J. Mater. Chem. C 2015, 3, 6947–6961. 8. M. Mohammadi-Jorjafki, M. Babazadeh-Mamaqani, R. Khalilzadeh, H. Roghani-Mamaqani, R. Hoogenboom, F. Wang: Multimode anticounterfeiting materials based on polymers and supramolecular chemistry. Progress in Polymer Science 2025, 166, 101986. 9. H. Wang, J. Mills, B. Sun, H. Cui: Therapeutic supramolecular polymers: Designs and applications Progress in Polymer Science 2024, 148, 101769. 10. 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. 11. 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. |
||