2013 SuprChem BD Anions
Transcript of 2013 SuprChem BD Anions
Všudypřítomný biologický motif:>70% substrátů a kofaktorů biologických procesů nesou celkově záporný náboj.Anionty jako hydrogensulfát a dihydrogenfosfát hrají zásadní roli v proteinech.
Anionické polutanty jako nitráty a fosfáty ze zemědělských hnojiv vedou k eutrofizaci jezer (toxic algal blooms, řasy; bluegreen alga, cyanobacterium, sinice), též prací prášky, čističky neodstraňují fosfáty. Selektivní vazba aniontůmůže být použita k odstranění těchto polutantů.
Narušení regulace transportu aniontů:Např. Cystická fibróza (cystic fibrosis) – nedostatečný transport Cl-
Kontrola a monitorování koncentrace aniontů (SO42-)
99TcO4- je produktem zpracování jaderného paliva (potřeba odstranění z
vodných roztoků), využívá se v medicíně, poločas rozpadu ca. 6 hodin. Též sírany jsou odpadem jaderné enegetiky.
Velmi obvyklý v katalýze:Carboxypeptidase, RNAse, ATP synthases, DNA polymerase, Citrate synthase, ...
Metabolity nitrátů jsou známými karcinogeny
Znečištění v důsledku nesprávného nakládání se splašky, mrvou a hnojivavede k prudkému šíření toxických řas.
Photo taken at Franklin LockFlorida's Caloosahatchee River in June and July 2011
Vankomycin je glykopeptidové antibiotikum používané při profylaxi a léčbě infekcí způsobova-ných grampozitivními bakteriemi. Je tradičně vyhrazen jako lék „poslední instance“, kdy léčba jinými antibiotiky selhala; nárůst rezistence mikroorganismů proti vankomycinu však znamená, že je v této roli postupně nahrazován linezolidem a daptomycinem.
Velikost
A N I O N B I N D I N G
Anionty jsou v ětší než isoelektronické kationty.
� Menší pom ěr náboje k povrchu
� Menší hustota náboje
� Větší polarizovatelnost
Complementarity (topological and shape selectivity)
Tetragonal planar PtCl42-
BF4-
PF6-
Tvar
Organické anionty (DNA je polyaniontem) jsou ješt ě rozmanit ější.
Hydratace ... Solvatace
A N I O N B I N D I N G
Solvatace aniontů hraje velmi důležitou roli.
Solvatační energie, která musí být receptorem kompenzována,
je obecně větší než u kationtů podobné velikosti.
View of the 1:1 complex formed between sapphyrinand dihydrogenphosphate anion
Kral V, Furuta H, Shreder K, Lynch V, Sessler JLJACS 1996, 118, 1595-1607.
Král V., et. al.: Tetrahedron 1995, 51, 539-554
Molecular recognition via base-pairing and phosphate chelation.Ditopic and tritopic sapphyrin-based receptors for the recognitionand transport of nucleotide monophosphates
Kryptandy (vážící kationty) lze N-alkylací p řevést na amoniové sole,
které jsou vždy pozitivn ě nabité (elektronov ě deficitní kavita) a váží
tedy anionty.
Interakce s kationty
Interakce s anionty
Schmidtchen cages
Problémem je interference s vlastními ionty recepto ru.Řešením jsou zwitterionické struktury.
Elektroneutrální receptory
Velmi dob ře rozpustný ve vod ě.
Váže halogenidy a kyanidy ve
vod ě s log Ka = 5 – 6.
Váže řadu různých aniont ů, které je
schopen p řenést do chloroformového
roztoku.
648290500I-
21501001020Br-
270-50Cl-
421
Konstanty stability ve vodě, Ka [M-1]
4 oproti 1 nemá proti-
iont, který by mohl
významně konkurovat
vazbě halogenidů
� silnější interakce
Neutral receptors
Hydrogen bonding
Amidy, Močoviny, Thiomočoviny,
Pyrroly, Alkoholy, Imidazoly
A N I O N B I N D I N G
Nebezpečím receptor ů založených na interakci vodíkovými vazbami je
kolaps kavity d ůsledkem intramolekulárních vazeb.
Váže kationty
neváže anionty
Ale hexacyclen.4H+ váže X- a NO3- – repulze nábojů drží kavitu otevřenou.
Ale hexacyclen
Vodíkové vazby jsou sm ěrové interakce, což umož ňuje návrh receptor ů s vysokou selektivitou
První receptor založený čist ě na interakcianiont ů s NH skupinami amidu(1986 Pascal)
Váže fluoridy v DMSO- d6
PNAS2002, 99 (8) 4848-4853.
Cytosine substituted calix[4]pyrroles: Neutral receptors for 5'-guanosine monophosphate
Chem. Commun.1998, 1-8.
X = n-BuPreferuje oxoanionty p řed halogenidy.
Ka (H2PO4-) = 357 M-1 in 0,5% DMSO/H2O
X = PhVáže benzoaty 51-krát siln ěji než chloridy.
Ka (H2PO4-) = 1450 M-1 in 0,5% DMSO/H2O
Neutral receptors
Metal and Lewis acid coordination
A N I O N B I N D I N G
• Anionty jsou Lewisovské báze – jsou vázány vhodnou Lew isovou
kyselinou.
• Neutrální sm ěrová elektrostatická interakce.
• Je nutná souhra molekulárních vlastností: orbitalová symetrie, koncept
měkkých a tvrdých kyselin a bází, back-bonding, apod.
• Solvatace je velmi d ůležitá – rozpoušt ědla jsou obvykle Lewisovou bází.
NMe2Me2N
BMe2Me2B
H-
H+NMe2Me2N
BMe2Me2BH-
H+
Protonová houba(Protone sponge)
Hydridová houba(Hydride sponge)
Váže též F- a OH-
BMe2Me2B
Váže též, ale výrazně méně než
BMe2
SiF2Ph
SiF2Ph
HgCl
HgCl
Váže fluoridy
Vazba Si-F
160-165 pm
Můstková Si-F
190 a 207 pm
Váže chloridy
Anticrowny
Váže THF Váže halogenidy(out-of-plane)
Kyslíkové atomy jsou nahrazeny „Lewis acid“ atomy
Váže chloridyvíce než bromidy