Synthesis of Two Monomers for Hydrogen-Bonded Self-Assembly

Abstract

Hydrogen bonding based self-assembly is prevalent throughout nature dictating the folding of proteins and DNA. Hydrogen bonding has been utilized for self-assembly of small monomers into aggregates of varying size and shape. Potential applications of these aggregates could be creation of ion channels, formation of inclusion complex for delivery of drugs or capture of hazardous material in water supplies. In this project, two monomers based on an enantiopure C2-symmetric bicyclic cleft compound with varying hydrogen bonding motifs and solubilizing groups were successfully synthesized. One of the monomers contains alkyl solubilizing groups and have previously been shown to self-assemble into tetrameric cyclic, polymeric tubular or capsule aggregates depending on solvent conditions. The other monomer contains a polyethylene glycol-substituted solubilizing groups and hydrogen bonding motifs which should allow for tetrameric and pentameric cyclic self-assembly. The different solubilizing groups were introduced to allow for comparison of solubility and self-assembly behavior of the monomers, with the ultimate goal of increasing the water solubility of the monomers and thus enabling biological applications. The focus on this project was the synthesis of the two monomers, and self-assembly studies were beyond the scope of this project. The syntheses consisted of two eight-step synthetical pathways. All new compounds were characterized by HRMS, OR, IR, 1H NMR and 13C NMR spectroscopy, and elemental analysis.

Popular Abstract (Swedish)

Supramolekulär kemi är ett fält inom kemi där samlingar av molekyler som hålls ihop av olika ickebindande interaktioner mellan molekylerna studeras. Dessa bindingar kan ses som två legobitar som sätts ihop, där legobitarna är molekylerna och det ickebindinade interaktionerna är passformen som håller dem på plats. Legobitarna kan tas isär med mindre kraft än vad det krävs för att dela en bit lego. En av dessa ickebindande interaktioner är vätebindingar som är relativt starka och riktade interactioner mellan ett väte bundet till en heteroatom och en annan heteroatom. I denna rapport har vi satt vätebindande delar på molekyler för att kunna bygga olika former i lösning (aggregat). Tidigare forskning från Wärnmark gruppen har visat att aggregaten kan bilda ringar av fyra eller fem molekyler, dessa ringar kan under rätt förhållande bygga rör genom att de staplas på varandra. Ett annat exempel av de möjliga aggregaten skulle vara så kallade inklusionskomplex där en gästmolekyl omsluts av flera av dessa molekyler för att bilda en kapsel. Dessa kapslar kan få molekyler som normalt sätt har dålig löslighet att lösa sig, lite som hur tvål bildar stora bubblor runt fett för att få det vattenlösligt. Tidigare molekyler har haft dålig vattenlöslighet och därför har en av de molekyler ändrats för att ge högre vattenlöslighet. En ökad löslighet i vatten skulle kunna tillåta användning i biologiska system för till exempel inklusionskomplex runt läkemedel för att öka lösligheten av svårlösta läkemedel eller göra så kallade jonkanaler. En jonkanal är ett rör genom ett cellmembran som joner kan passera igenom. Detta rör skulle kunna bildas av flera staplade ringar som i tidigare exempel.

• author: Edin, Simon
• supervisor: Anna Lidskog
• organization: Department of Chemistry
• course: KEMR30 20221
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Chemistry
• keywords: Organic chemistry, supramolecular chemistry, H-bond self-assembly monomer
• language: English
• id: 9100198
• date added to LUP: 2022-09-20 10:57:25
• date last changed: 2022-09-20 10:57:25