Academic literature on the topic 'Ditope receptors'

Several new ditopic receptors have been synthesized from 4,4′-bis(methoxyphenyl)glycoluril (1). The first receptor site is a cleft composed of two fused 2-imidazolone rings, which are flanked by two aromatic side walls, and the second site is a crown ether moiety.Key words: receptors, crown compounds, glycoluril, molecular clips.

Novel crown-containing 2-styrylbenzothiazoles were prepared to obtain optical ditopic receptors that can bind alkaline-earth metal cations by a crown ether fragment and could serve as host for the heavy metal cations and proton owing to the presence of the heterocyclic part. Photochemical transformations of the ditopic receptors depend on the type of metal cations present in solution. They include trans–cis-isomerization, [2+2]-cycloaddition, and electrocyclic reaction.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Synthese von neuen funktionalisierten tripodalen Azaliganden auf Basis von Tris(2-aminoethyl)amin (Tren) und ihrer Charakterisierung als Rezeptoren und Extraktionsmittel für Kationen, Anionen sowie Salze. Die Komplexbildungs- und Phasentransfereigenschaften gegenüber den Kationen Ag(I), Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II) und Cd(II) sowie den Anionen Cl-, Br-, I-, H2PO4-, SO42- und HCrO4- wurden durch Flüssig-Flüssig-Extraktion und Flüssigmembrantransport, 1H-NMR-Spektroskopie sowie Silberpotentiometrie untersucht; Struktur-Wirkungsbeziehungen für die jeweiligen Wirt/Gast-Systeme wurden abgeleitet. Röntgenkristallstrukturanalysen ausgewählter Komplexe mit den Kationen Ag(I), Ni(II) und Cu(II), den Anionen Br- und BF4- sowie dem Salz Hg(ClO4)2 ergänzten die gewonnenen Aussagen durch detaillierte Informationen zur Struktur und zu den auftretenden Wechselwirkungen. In die Betrachtungen wurden vergleichende Untersuchungen zur Ag(I)-Bindung durch strukturverwandte tripodale Schiffsche Basen einbezogen. Zusammenfassend wird der Einfluss der unterschiedlichen ligandspezifischen Charakteristika sowie der Substratspezies auf die Komplexbildung in Lösung und die Festkörperstruktur diskutiert. Die untersuchten tripodalen Aminverbindungen auf Basis von Tren zeigten in Abhängigkeit von ihrer Struktur ein differenziertes Extraktionsverhalten im System Metallsalz-Puffer-Wasser/Ligand-Chloroform. Als wesentliche Einflussfaktoren auf die Extraktion erwiesen sich Art, Anzahl und Anordnung der Donoratome sowie die differenzierte Lipophilie der Liganden. Die Zusammensetzung der extrahierten Komplexe in der organischen Phase ergab sich in den meisten Fällen zu 1:1 (Ag(I) : Ligand). Die bestimmte Reihe steigender Komplexstabilität für die 1:1-Komplexe von Ag(I) in Methanol unterstreicht in Analogie zu den Extraktionsuntersuchungen den Einfluss der Ligandcharakteristika auf die Komplexbildung. So führten Liganden mit tertiären Aminstickstoffatomen, zusätzlichen O-Donoratomen sowie sterisch anspruchsvollen Substituenten im Molekül zu geringeren Komplexstabilitäten, während zusätzliche S- und Pyridin-N-Donoratome in den untersuchten Aminverbindungen eine deutliche Steigerung der bestimmten Konstanten ergaben. Vergleichende Untersuchungen mit tripodalen Iminopodanden zeigten mit Ausnahme des 2-pyridylmethyl-substituierten Liganden generell niedrigere Stabilitäten der Ag(I)-Komplexe. 1H-NMR-Untersuchungen zur Komplexbildung in Lösung deuten unter veränderten Bedingungen auch auf einen möglichen Wechsel in der Komplexzusammensetzung und im Bindungsmuster für Ag(I) in Abhängigkeit von den im Molekül vorhandenen Donorfunktionen hin. Während für N4-Liganden ohne zusätzliche Donoratome sowie in Anwesenheit von S- und N-Donoratomen eine Zusammensetzung (Ag(I) : Ligand) von 1:1 bestimmt wurde, führen zusätzliche Pyridin-N-Donoratome zu einem stöchiometrischen Verhältnis von 3:2. Die Röntgenstrukturanalysen der Ag(I)-Komplexe von tripodalen Schiffschen Basen mit unterschiedlichen Substituenten unterstreichen die Variabilität der Koordinationsgeometrie von Ag(I) in Abhängigkeit vom Liganden. Interessant ist die Ausbildung von schwachen C-H···Ag-Wasserstoffbrücken in den Ag(I)-Komplexen der benzyl- und 4-biphenylmethyl-substituierten Liganden. Für die Kationen Co(II) und Zn(II) wurden mit den untersuchten Liganden generell nur geringe Extrahierbarkeiten erzielt. Dabei ist der Einfluss von Ligandstruktur sowie Lipophilie der Verbindungen auf die Extraktion stärker ausgeprägt als für Ag(I). Die Extraktion aus einem Gemisch von Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II) und Cd(II) zeigte generell einen Anstieg der Extraktion in der Reihe Co(II) < Ni(II) < Zn(II) < Cd(II) < Cu(II). Lediglich die Verbindung mit einer OH-Funktion in 2-Position der aromatischen Substituenten führte zu höheren Extraktionsausbeuten für Co(II), Ni(II) und Cd(II) gegenüber Cu(II) und Zn(II). Röntgenstrukturanalysen von vier Cu(II)- bzw. Ni(II)-Komplexen veranschaulichen die bevorzugte höhere Koordinationszahl dieser Metallionen in relevanten Komplexen im Vergleich zu Ag(I). Die höhere Koordinationszahl wird dabei durch eine zusätzliche Koordination von Anionen oder Lösungsmittelmolekülen erreicht. Im Gegensatz zu den Kationen ist die Anionenextraktion wesentlich sensitiver gegenüber wechselnden experimentellen Bedingungen. Das hängt insbesondere mit den veränderten Bindungsverhältnissen in Anionenkomplexen zusammen. So wird die Extraktionsausbeute stark durch die Lipophilie der Liganden beeinflusst; ein signifikanter Anionentransport in die organische Phase wurde lediglich mit lipophilen Liganden erzielt. Die beobachtete Abstufung steigender Extraktion SO42- < Cl- < HCrO4- < I- ist in Übereinstimmung mit der zunehmenden Lipophilie dieser Anionen. In Abhängigkeit von der Natur der vorhandenen N-Donorfunktionen im Liganden und der Struktur der Liganden insgesamt wurde ein ausgeprägter pH-Einfluss auf die Extraktion der Anionen beobachtet. Während für die Liganden mit sekundären Aminfunktionen hohe Extrahierbarkeiten bei einem pH-Wert von ca. 5 auftraten, stiegen die Extraktionsausbeuten für Verbindungen mit tertiären Aminstickstofffunktionen mit abnehmenden pH-Wert kontinuierlich an. Die untersuchten Anionen wurden vorwiegend unter Bildung von 1:1- und 1:2-Komplexen (Anion : Ligand) in die organische Phase überführt. Für den Membrantransport war eine steigende Transportrate entsprechend der Dominanz der Lipophilie in der Reihe H2PO4- < SO42- < Cl- < Br- charakteristisch. Ein bevorzugter Transport von Cl- gegenüber Br- wurde hingegen mit sterisch anspruchsvollen Liganden sowie ausgeprägt lipophilen Verbindungen erreicht. Die Strukturen von zwei Anionenkomplexen mit BF4- bzw. Br- zeigen differenzierte Bindungsmuster. Einmal verhindern in einem Iminopodanden starke intramolekulare Wasserstoffbrücken zwischen dem protonierten Brückenstickstoff und den Iminfunktionen der Podandarme einen Einschluss des BF4--Anions in den vorliegenden Pseudokäfig, so dass die Koordination des Anions lediglich über schwache C-H···F-Kontakte an der Ligandperipherie erfolgt. Im Gegensatz dazu sind in einem N4-Aminliganden die drei Aminfunktionen der Podandarme protoniert. Die Br--Ionen werden sowohl durch ladungsunterstützte N-H···Br- als auch durch C-H···Br-Wasserstoffbrücken vom Liganden koordiniert. Weiterhin konnte in der Arbeit der Nachweis geführt werden, dass durch die Kombination von kationen- und anionenbindenden Funktionseinheiten in einem tripodalen Liganden die simultane Bindung und Extraktion von Kationen und Anionen möglich wird. Die Röntgenkristallstruktur eines Hg(ClO4)2-Komplexes bestätigt dabei die gleichzeitige Koordination von Kation und Anion durch die unterschiedlichen spezifischen Funktionseinheiten im Molekül.

Ions play pivotal roles both biologically and environmentally. The effects felt from the impact of ions, much like their relative charge, can be positive or negative. Ions are responsible for catalyzing and executing precise control over many of the essential processes that occur in our bodies. Ions can also be major contributors as environmental pollutants having catastrophic effects. There is a great deal of interest in better understanding the role and effect of ions in the surrounding environments. The ability to study ions of interest relies on efficient recognition and sensing of these targets. The field of supramolecular chemistry is particularly well suited for this task as it utilizes non-covalent molecular interactions in much the same way natural system involving ions operate. Broadly, this body of research seeks to explore the subtle interactions of various targeted ions with supramolecular receptors. This research is an effort to further understand the nature of these interactions for potential recognition and sensing applications as well as better understanding the highly complex systems found in biology. Chapter I provides a brief overview of various mechanisms of ion coordination in supramolecular chemistry and emphasizes some key examples demonstrating the importance of the various types of coordination as it pertains to the research presented herein. Chapter II highlights a unique class of phosphine oxide-based tripodal ditopic receptors and presents studies on their interactions with alkali metals and halides. Chapter III covers the synthesis and study of anionic binding trends for a series of heteroaromatic-containing urea-based receptors and discusses the influence of anion binding on receptor conformation. Chapter IV provides preliminary results on the application of the bipyridal bisurea-based anion receptor, presented in Chapter III, as ligand for metal salts. Chapter V focuses on a series of pyridal bisurea-based receptors with regard to their ability to serve as chloride sensitive probes in cellular environments. This dissertation contains both previously published and unpublished co-authored material.
10000-01-01

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Chemistry
Anions are ubiquitous and very important species in biological, medicinal, industrial and environmental processes. In biology, anions are essential for normal metabolic functions, where their specific recognition, transport and detection play a very important role. On the other hand, the uncontrolled release of anions into the environment poses a significant threat. The development of synthetic receptors capable of sequestering anions should, therefore, provide solutions to a number of problems of current interest. To be suitable for real-life applications, as for instance the detection and quantification of biologically active anions in clinical laboratories or the environmental monitoring and/or removal of pollutants, synthetic receptors need to be able to function in aqueous solution. However, due to the high dielectric constant and good hydrogen bond donor and acceptor capabilities, water is the most challenging medium for anion recognition.(...)
The work described in this thesis was entirely carried out in Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Oeiras, Portugal. Pedro Mateus has received financial support from Fundação para a Ciência e Tecnologia, ref. SFRH/BD/36159/2007.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la chimie supramoléculaire, domaine s'intéressant à l'étude d'édifices moléculaires liés par des interactions non-covalentes, fréquemment rencontrés dans le monde du vivant. Afin de mieux comprendre les phénomènes de complexation, de nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés depuis ces cinquante dernières années. Dans le cadre de la reconnaissance moléculaire, les calix[6]arènes s'avèrent être des plateformes idéales puisqu'ils sont aisément fonctionnalisables et possèdent une cavité hydrophobe propice à l'inclusion de petites molécules organiques. D'ailleurs de nombreux récepteurs calix[6]aréniques ont déjà été développés et ont été étudiés pour leur aptitude à complexer des molécules neutres, des anions, des paires d'ions ou des ions métalliques. Cependant, ils souffrent de certaines limitations puisqu'ils ne sont pas hydrosolubles et sont difficilement post-fonctionnalisables limitant de ce fait leur applicabilité. Nous nous sommes donc intéressés à la synthèse de récepteurs calix[6]aréniques fonctionnalisés ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés réceptrices vis-à-vis d'entités chargées ou de molécules neutres. Les études de ces systèmes ont été réalisées essentiellement par spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).

Dans le cadre de ce travail, des récepteurs ditopiques mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]cryptamide ont tout d'abord été développés. Ces récepteurs présentent un motif trenamide qui constitue un second site de reconnaissance, distinct mais proche du premier formé par la cavité calix[6]arénique. Ces récepteurs se sont révélés capables de complexer les molécules neutres polaires ainsi que des entités chargées avec une grande sélectivité en milieu aprotique mais également en présence d'un solvant protique. Le chapeau trenamide étant relativement contraint et bien préorganisé, il assure un fort effet chélate et permet une sélectivité de taille pour l'anion fluorure. La proximité des deux sites de reconnaissance ainsi que la sélectivité pour l'anion fluorure permettent à ces récepteurs de reconnaître des ammoniums sous forme de paires d'ions de contact uniquement avec le fluorure comme partenaire anionique. Les résultats obtenus ont démontré que l'introduction de fonctionnalisations soit au niveau du chapeau trenamide, à proximité du site de reconnaissance, soit au niveau du petit col du calix[6]arène n'inhibait pas les propriétés de complexation de ces récepteurs. Les premiers essais d'introduction de groupes hydrosolubilisants ont alors été réalisés et se sont révélés très prometteurs. En effet, l'introduction de groupements PEG sur un calix[6]cryptamide trisfonctionnalisé a permis de démontrer l'aptitude de ce récepteur à complexer des molécules neutres en milieu aqueux (CD3OD/D2O).

Dans un second temps, des récepteurs mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]tren ont été développés. Les études préliminaires réalisées ont permis de mettre en évidence que, comme le calix[6]tren non fonctionnalisé, ces récepteurs étaient capable de complexer de petites molécules organiques lorsqu'ils sont polarisés, soit sous leur forme per-protonnée soit sous la forme d'un complexe métallique (Zn2+ ou Cun+).

L'ensemble de ces travaux a ainsi permis de valider la stratégie de synthèse visant à introduire des bras fonctionnels sur des récepteurs ditopiques calix[6]aréniques et de démontrer que ces nouveaux récepteurs fonctionnalisés conservaient des propriétés de reconnaissance. Ces travaux permettent donc d'envisager de multiples applications pour ce type de récepteurs.

This work falls within the field of supramolecular chemistry, a field concerned with the study of molecular structures linked by non-covalent interactions. Such weak interactions are frequently encountered in the living world and in particular in molecular recognition processes. In order to better understand and exploit these recognition processes, many synthetic molecular receptors have been developed over the last fifty years. In this regard, calix[6]arenes have proved to be ideal platforms because they can be easily functionalized and they possess a hydrophobic cavity suitable for the inclusion of small organic molecules. Hence, many calix[6]arene based receptors have been studied for their ability to complex neutral molecules, anions, ion pairs or metal ions. However, most of these receptors suffer from major limitations that limit their applicability: they are not water soluble and hardly post-functionalizable. In the frame of this thesis, we were therefore interested in the synthesis of functionalized calix[6]arene based receptors and in the study of their host-guest properties toward charged species or neutral molecules. Studies of these host-guest systems have been carried out mainly by Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR).

First, mono- and trisfunctionalized ditopic receptors based on a calix[6]cryptamide skeleton were synthesized. These receptors possess two binding sites in close proximity: a trenamide subunit and the calix[6]arene cavity. They have proved to be capable of complexing neutral polar molecules as well as charged species with high selectivity in aprotic solvents but also in a protic environment. The trenamide cap being relatively constrained and well pre-organized, it provides a strong chelate effect and allows a selectivity of size for the fluoride anion. Remarkably, the proximity of the two recognition sites allow these receptors to recognize ammonium ions in the form of contact ion pairs but only with a fluoride anion as the partner. The results have shown that the introduction of functionalizations at the trenamide cap or at the narrow rim of the calix[6]arene do not inhibit the complexation properties of these receptors. First attempts in order to introduce water-solubilizing groups have been undertaken and promising results have been obtained. Indeed, the introduction of PEG groups on a trisfunctionalized calix[6]cryptamide has led to a receptor able to complex neutral molecules in an aqueous environment (CD3OD/D2O).

In a second step, mono- and trisfunctionalized receptors derived from calix[6]tren have been synthesized. Preliminary studies have highlighted that, similarly to the parent calix[6]tren, these receptors are able to complex small organic molecules when they are polarized either in their per-protonated form or in the form of a metal complex (Zn2+ or Cun+).

All this work validates the synthetic strategy that consists of introducing functional arms on ditopic calix[6]arene based receptors and opens new perspectives for the elaboration and study of molecular receptors in an aqueous environment.

Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis deals with the design and syntheses of chiral,enantiopure pyridinecontaining ligands and their applicationsin asymmetric catalyis.

Chiral pyridyl pyrrolidine ligands and pyridyl oxazolineligands were synthesized and employed in thepalladium-catalysed allylic alkylation of 1,3-diphenyl-2-propenyl acetate with dimethyl malonate. Theinfluence of the steric properties of the ligands wereinvestigated.

Ditopic ligands, containing crown ether units as structuralelements, were synthesized and some of the ligands were used asligands in the palladiumcatalysed allylic alkylation of1,3-diphenyl-2-propenyl acetate with dimethyl malonate. A smallrate enhancement was observed, compared with analogous ligandslacking the crown ether unit, when these ditopic ligands wereused in dilute systems.

A modular approach was used to synthesize chiralenantiomerically pure pyridyl alcohols and C2-symmetric2,2’-bipyridines, with the chirality originating from thechiral pool. Electronic and steric properties of the compoundswere varied and they were used as ligands in theenantioselective addition of diethylzinc to benzaldehyde. Thesense of asymmetric induction was found to be determined by theabsolute configuration of the carbinol carbon atom. Theelectronic properties of the ligands had a minor influence onthe levels of enantioselectivity induced by the ligands.

Chiral pyridyl phosphinite ligands and pyridyl phosphiteligands were synthesized from the pyridyl alcohols andevaluated as ligands in palladiumcatalysed allylic alkylations.With the phosphinite ligands, the sense of chiral induction wasfound to be determined by the absolute configuration of theformer carbinol carbon atom. A kinetic resolution of theracemic starting material was observed with one of thephosphite ligands. Moderate enantioselectivities wereachieved.

Kewords:asymmetric catalysis, chiral ligand, chiralpool, oxazoline, crownether, ditopic receptor, bipyridine,pyridyl alcohol, modular approach, P,Nligand, diethylzinc,allylic alkylation.

This thesis comprises three parts united by a single theme: development of flexible ditopic receptors. In part 1, two bis(crown ether)s were synthesized and their binding selectivities with alkali, alkaline earth and α,ω-primaryalkylidenediammonium cations were studied by electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). First, we confirmed that the ion intensities of complexes in the gas phase are linearly related to the concentrations of complexes in solution for single crown ether dicarboxylic acid. Binding selectivities of complex bis(crown ether)s with mixtures of alkali cations and with mixtures of alkaline earth cations were then determined directly from ESI-MS spectra. The results from ESIMS are consistent with literature data if ions of like charge and similar type are compared (e. g., among the alkali metals). The stoichiometries of complexes in solution were also probed. Complexes with up to two K⁺ per crown ether were detected by ESI-MS. The research shows that ESI-MS provides an effective tool to study complexation by structurally complex molecules in solution. From the ESI-MS results, bis(crown ether) bolaamphiphiles were designed and synthesized as cation-recognition based membrane-disruption agents. Three bis(crown ether)s were obtained by capping an 18-crown-6 dicarboxylate anhydride with different lengthes of α,ω-alkanedicarboxylic acids extended as the 3-amino-1-propyl esters. Their membrane disrupting activities were explored using vesicle encapsulated 5(6)- carboxyfluorescein (CF) by a fluorescence self-quenching (FSQ) method. The membrane disrupting activity is significantly and specifically enhanced specifically by the addition Sr²⁺ or Ba²⁺ in solution. The membrane-disrupting activity is also enhanced with a increased aliphatic loop length of the starting α,ω-alkanedicarboxylic acid. Based on the mechanism studies of Regen and work conducted in this thesis, we propose that the active form for membrane-disruption is created by a U-shaped sandwich complex between Ba²⁺ and the bis(crown ether) bolaamphiphiles which interacts only with the outer leaflet of the vesicle bilayer. In part 3, a photoswitchable bis(crown ether) based on thioindigo was designed and synthesized as a cation- and photo-regulated membrane-disruption agent. The bis(crown ether) was prepared by capping an 18-crown-6 dicarboxylate anhydride with 7,7’-thioindigo dicarboxylic acid extended as the 8-amino-1-octanyl esters. There is significant difference in the membrane-disrupting activities of the cis- (U-shape) and trans- (S-shape) isomers using the vesicle entrapped CF (FSQ) method. Alkaline earth cations suppress the cis-to-trans thermal isomerization and stabilize the cis-isomers of the 7,7’- thioindigo bis(crown ether) in organic solvent. The results confirm the mechanism proposed, namely, that a U-shaped conformation is required for membrane disruption, that the bis(crown ether)s form sandwich complexes with alkaline earth metal ions.
Graduate