Catalysis and communication in dynamic molecular networks Fanlo

University of Groningen
Catalysis and communication in dynamic molecular networks
Fanlo Virgos, Hugo
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to
cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
2015
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Fanlo Virgos, H. (2015). Catalysis and communication in dynamic molecular networks [S.l.]: [S.n.]
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the
author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 18-07-2017
Samenvatting
Op het eerste oog is de kloof tussen scheikunde en biologie smal, maar in de praktijk valt
dit vaak toch tegen. Het eerste probleem waar chemici tegenaan lopen zijn de vele niet
volledig begrepen moleculaire interacties tussen macromoleculen en hun gedrag in
biologische systemen. Dit leidt tot een grensgebied van wetenschap die relatief weinig
benut wordt en verkend is.
Dynamic combinatorial chemistry (DCC) is een relatief nieuwe chemisch hulpmiddel die
het mogelijk maakt om eenvoudigere moleculaire building blocks onderling en reversibel
te laten reageren tot complexe moleculen (Figuur 1). De interacties tussen moleculen via
de Dynamic Combinatorial Library met specifieke targetmoleculen leiden tot compositie
veranderingen van de Library, waardoor potentiële guests en/of katalysatoren kunnen
worden onthuld.
In deze thesis worden, met behulp van DCC, enkele chemische systemen voorgesteld
waardoor een zeker niveau van moleculaire complexheid en interacties wordt bereikt
binnen de moleculaire netwerken. Deze systemen werden ingezet voor de ontdekking van
katalysatoren en de constructie van moleculaire communicatie netwerken.
Figuur 1 Een dynamic combinatorial library gemaakt uit verschillende combinaties van building blocks. De
deelnemers van de library wisselen constant van positie. De eind compositie van de library hangt af van de
stabliliteit van elke individuele library deelnemer.
Hoofdstuk 1 geeft een overzicht van de gebruikte termen en definities gerelateerd aan
dynamic combinatorial chemistry, naast het gebruik ervan met behulp van
representatieve
voorbeelden.
Daarnaast
ook
een
introductie
supramoleculaire chemie, het hoofdonderwerp van deze thesis.
149
in
katalyse
bij
Samenvatting
In Hoofdstuk 2 werd de bruikbaarheid van reversibele hydrazone chemie voor katalyse
getest met behulp van dynamic combinatorial libraries in zowel aanwezigheid als
afwezigheid van metalen. Cyclen werd gekozen als metaal binder unit, deze werd
toegevoegd bij het building block waarbij deze deelnam in de formatie van de DCL (Figuur
2). Er werd aangetoond dat de aanwezigheid van Zn(II) in het hydrazide building block een
geschikt katalytisch centrum vormt voor de hydrolyse van 4-NPA. De hydrazone
bibliotheek gemaakt uit hetzelfde building block vertoonde ook katalytische activiteit.
Deze positieve resultaten zetten een voorbeeld voor de ontwikkeling van self-assembling
katalytische libraries.
Figuur 2 Het doel: het vormen van hydrazone samenstelling met behulp van katalyse van een metal-cycleen
building block welke reageert met de dialdehyde samenstelling
In Hoofdstuk 3 staan de testresultaten van het onderzoek naar disulfide dynamic
combinatorial libraries. Libraries die dithiol building blocks bevatten werden verkregen,
waarmee is aangetoond dat cyclen een overeenkomstige functie bevatten in disulfide
libraries. Echter, door de aanwezigheid van metalen, treden er verstoringen op in de
stabiliteit van de libraries. Door het veroorzaken van precipitatie problemen en
veranderingen in de oxidatie snelheden van de libraries, in vergelijking tot de libraries in
afwezigheid van metalen.
De resultaten van de dithiol katalytische libraries die in staat waren te reageren in
aanwezigheid van een substraat zijn gegeven in Hoofdstuk 4. De introductie van een azaCope rearrangement substraat in een dynamic combinatorial library, induceerde een shift
in de library compositie waarbij een katalytische soort werd gevormd die de
rearrangement reactie versnelde. Nadat het substraat weg was gereageerd, veranderende
de library weer in zijn begin compositie (Figuur 3). De libraries werden voorafgaand
150
Samenvatting
gescreend met TSAs om de stabiliserende interacties vast te stellen, welke konden leiden
tot een afname in energie van de TS van de reactie. Het werk van dit hoofdstuk bracht de
eerste succesvolle toegankelijke katalytische libraries op.
Figuur 3 Een oplossing van building blocks leiding tot een dynamic combinatorial library waar de dominante
library member veranderd van initieël catenane tot een katalytisch tetrameer door de additie van het reactie
substraat. De DCL verschuift weer richting het initiële catenane na het consumeren van het substraat.
In Hoofdstuk 5 werd de wisselwerking van systemen van gescheiden DCL’s die onderling
met elkaar reageerden bestudeerd. Hydrazone libraries in waterige oplossing werden
verbonden door een organische bulk, waardoor apolaire moleculen overgedragen werden
en zo in staat waren zich als signalen te gedragen. De compositie van elk van deze
verbonden libraries varieërde afhankelijk van de distributie van de library members van de
tegengestelde library. Tevens werd er een analoog systeem ontwikkeld voor
communicerende hydrazone en disulfide uitwisselingsreacties (Figuur 4). Voor het eerst
werd een simultaan evenwicht van deze twee typen DCL’s verkregen. Bovendien werden
er preliminaire resultaten verkregen van communicerende moleculaire netwerken die
waren ingesloten in liposomen. De ontwikkeling van deze chemische communicatie
systemen leiden mogelijk tot het gebruik van een vereenvoudigde versie van biologische
communicatie structuren.
151
Samenvatting
B
D
system 1
semi-system semi-system
1a
1b
B U
U
system 2
semi-system semi-system
2a
2b
B
D VD
B U
U
V
D
V
D
V
D
B
D VD
equilibration
B U
B
U
D
D
U
D
equilibration
B
D VD
V
V
U
D
B U
D
D VD
Figuur 4 Een schematische weergave van een eerste en laatste stadium van twee initiële verschillende systemen,
gevormd door een waterige hydrazone libraby en een waterige disulfide libraby, verbonden door een organisch
oplosmiddel.
152