Rotaxanový umělý enzym s aktivitou řiditelnou vnějšími podněty

Abstract

Supramolekulární chemie nabízí jedinečné možnosti, jak uspořádat molekuly do funkčních nadstruktur napodobujících principy biologických systémů. Jednu z rychle se rozvíjejících oblastí představuje vývoj umělých enzymů, jejichž aktivita je řízena změnami vnějších podmínek. Motivací této práce bylo vytvořit vícesložkový supramolekulární systém, jehož struktura i funkce by byly ovlivnitelné vnějšími podněty a který by mohl sloužit jako modelový nástroj pro biomimetickou katalýzu. Cílem disertační práce bylo navrhnout, syntetizovat a detailně charakterizovat nový heptatopický ligand schopný současně interagovat s několika typy makrocyklů (cyklodextriny, cucurbit[n]urily) i s kovovými ionty. Dalším cílem bylo ověřit, zda lze tyto interakce kombinovat za vzniku stabilních vícesložkových uspořádání s potenciální katalytickou aktivitou a zda je možné jejich funkci regulovat vnějšími podněty, například molekulárním signálem. V práci byly využity metody syntetické organické chemie, 1H NMR a UV-Vis spektroskopie. Ty nástroje umožnily jednak připravit používané komponenty a jednak popsat vazebné preference jednotlivých makrocyklů, jejich reorganizaci na ose ligandu, interakce s kovovými kationty, stabilitu vzniklých komplexů i jejich vzájemnou kompatibilitu. Výsledky ukázaly, že ligand selektivně váže různé makrocykly na specifická místa své struktury a kombinací těchto makrocyklů vznikají stabilní vícesložkové (pseudo)rotaxanové systémy. Byla rovněž jednoznačně potvrzena koordinace kovových iontů k bipyridinové jednotce ligandu. Navržené systémy byly následně testovány jako potenciální umělé enzymy, a to hydrolázy. Tyto testy byly nejúspěšnější při hydrolýze ethyl-formiátu (modelového substrátu), kde byla prokázána akcelerace průběhu reakce v přítomnosti navržených systémů. Tato práce představuje komplexní studii návrhu, organizace a funkce multikomponentních supramolekulárních systémů. Výsledky otevírají cestu k cílenému vývoji regulovatelných biomimetických katalyzátorů, jejichž aktivita by mohla být řízena molekulárními signály, změnou hostitele či reorganizací supramolekulární architektury.