Rezorcinarén-alapú szupramolekuláris rendszerek tanulmányozása szintetikus és elméleti kémiai módszerekkel

Abstract

A szupramolekuláris kémia az elmúlt három évtizedben dinamikusan fejlodo tudományággá notte ki magát. Egyfelol az intermolekuláris gyenge kölcsönhatások által összetartott nagy molekulatársulások vizsgálatával foglalkozik, másfelol nagy molekulatömegu makromolekulák szintézisét, spektroszkópiai és elméleti kémiai elemzését célozza meg. A makromolekulák szintézise a biológiából ismert önszervezodés elvének felhasználásával valósul meg, ezáltal hozhatók létre a fizika, a kémia és nanotechnológia, illetve az elektronika területén is érdekes, izgalmas, hasznos anyagok. A rezorcinarén-alapú kavitandok tál alakú makrociklusos vegyületek, általában több aromás ’emeletet’ tartalmaznak, melyek különbözo csoportokon keresztül kapcsolódnak az alsó, merev kosárhoz. A ciklodextrinekhez és kalixarénekhez hasonlóan a kavitandok kiváló molekuláris felismeréssel rendelkeznek, így tökéletesen alkalmasak gazda-vendég komplexek képzésére. A megfelelo funkciós csoporttal rendelkezo kisebb méretu kavitandokból kiindulva egyre nagyobb méretu, jól definiált hidrofób üreget tartalmazó, változatosan funkcionalizált kavitandok állíthatók elo. Ebbol kifolyólag a kavitandok és hasonló makromolekulák rendkívül ígéretesek különbözo alkalmazási területeken, úgymint gázszenzorok, nanoreaktorok és gyógyszerhordozók. Bizonyos ferrocenilcsoportot tartalmazó kavitandok redoxreakció által kapcsolható dinamikus rendszerként is muködnek, ahol a ferrocenilcsoport elektroaktív hidrofób fragmensként szolgál. A kavitandok üregének, méretének növelése hagyományos szintetikus módszerekkel is megvalósítható, de néhány homogénkatalitikus eljárás alkalmazása is fellelheto az irodalomban. Tanszékünkön korábban sikeresen valósítottak meg kavitandvázon még nem alkalmazott homogénkatalitikus szintézist, úgymint palládium-katalizált Stille-, Suzuki-Miyaura- és Sonogashirakapcsolás, aminokarbonilezés, illetve réz(I)-katalizált azid-alkin cikloaddíció (CuAAC). Ezt folytatandó, doktori munkám során a kavitandvázon alkalmazott homogénkatalitikus eljárások területének bovítése elsodleges cél volt. A kavitand és kalixarén típusú makromolekulák szerkezeti tanulmányozásában nagy segítséget jelentenek a spektroszkópiai módszereken túl az elméleti kémiai módszerek is. Molekuladinamikai szimulációval képet kaphatunk a makromolekulák konformációs sokszínuségérol, illetve gyors eszköz lehet a globális minimum megtalálásában még igen nagy atomszámú rendszerek esetén is. Szemiempirikus számításokkal, oldószerhatás figyelembe vételével pontosabban meghatározható a geometria, az elektrosztatikus potenciálfelület vizsgálatával pedig betekintés nyílik a makromolekula polaritás- és töltésviszonyaiba. A még magasabb rendu kvantumkémiai módszerekkel már a molekulán belüli kötések és a másodlagos (intra- vagy akár intermolekuláris) kölcsönhatások is feltérképezhetoek. Mindazonáltal, nyilvánvalóan a nagy számításigény miatt, viszonylag kis számú szakirodalom lelheto fel a témában.