IP-2024-05-3012
Trajanje: 9. 12. 2024. − 8. 12. 2027.
Financiranje / Funding
HRVATSKA ZAKLADA ZA ZNANOST / CROATIAN SCIENCE FOUNDATION
VODITELJ PROJEKTA / PRINCIPAL INVESTIGATOR: prof. dr. sc. Vladislav Tomišić
INSTITUCIJE KOJE SUDJELUJU U PROJEKTU / INSTITUTIONS
Prirodoslovno-matematički fakultet, Sveučilište u Zagrebu / Faculty of Science, University of Zagreb
Institut Ruđer Bošković / Ruđer Bošković Institute
University of Surrey, United Kingdom
NAZIV PROJEKTA / PROJECT TITLE
Termodinamički, spektroskopski i strukturni aspekti koordinacijskih reakcija kaliksarena
Coordination Reactions of Macrocyclic Ligands in Solution
SAŽETAK / ABSTRACT
Efikasni i selektivni makrociklički receptori iona i neutralnih molekula odigrali su važnu ulogu u razvoju i primjeni supramolekulske kemije. Među njima posebno mjesto zauzimaju derivati kaliksarena na čiji će se dizajn, sintezu i fizikalno-kemijsku karakterizaciju usredotočiti ovaj projekt. Priredit će se niz derivata s različitim brojem funkcionaliziranih fenolnih podjedinica te se očekuje da će dobiveni spojevi imati velik afinitet za vezanje raznih monoatomnih i molekulskih iona i neutralnih vrsta. Jedan od ciljeva projekta je razviti iznimno osjetljive fluorescentne senzore. Pri tome će biti primijenjena naša nedavna saznanja vezana uz intrinzičnu fluorescenciju kaliksarena te će ta pojava biti detaljno istražena. Posebna će pažnja biti posvećena derivatima sa supstituentima koji ih čine zadovoljavajuće topljivima u vodi. Dio istraživanja bit će usmjeren k razvoju kaliksarenskih kapsula i polimera te na funkcionalizaciju površina komplementarnim kaliksarenskim derivatima. Detaljno će biti istražen utjecaj solvatacije na ravnoteže reakcija kompleksiranja, s naglaskom na inkluziju molekula otapala u hidrofobnu kaliksarensku šupljinu. S tim u vezi, ispitat će se receptorski potencijal kaliksarena za različite hidrofobne i (super)kaotropne vrste. Procesi kompleksiranja i solvatacije proučit će se sveobuhvatnim pristupom koji uključuje termodinamička, strukturna i računalna istraživanja. Koristit će se čitav niz eksperimentalnih (mikrokalorimetrija, fluorimetrija, UV-Vis i NMR spektroskopija, potenciometrija, konduktometrija, rentgenska strukturna analiza) i komputacijskih (simulacije molekulske dinamike, teorija funkcionala gustoće) metoda. Takav pristup omogućit će pouzdano određivanje termodinamičkih veličina (konstante stabilnosti, Gibbsove energije, entalpije i entropije kompleksiranja i otapanja) te strukturnih značajki receptora i njihovih kompleksa. Dobivene informacije pružit će detaljan uvid u ključne čimbenike koji određuju ishod proučavanih procesa.
Efficient and selective macrocyclic receptors for ions and neutral molecules have played an important role in the development of supramolecular chemistry. Among the most important ones are calixarenes, which prompted us to devote research to the design, synthesis, and physicochemical characterization of these compounds and their complexation reactions. A series of derivatives with varying number of functionalized phenolic subunits will be prepared to obtain receptors with exceptional binding affinities towards monoatomic and molecular ions and neutral species. Some of these are aimed to be highly sensitive fluorescent sensors. With this respect, our recent findings regarding the intrinsic fluorescence of calixarenes will be implemented and this phenomenon will be studied in detail. Water-soluble derivatives and their binding abilities in aqueous medium will be especially addressed. An important objective will be development of calixarene capsules and polymers as well as functionalization of surfaces with complementary calixarenes. Particular attention will be paid to the solvation effects on binding reactions, with the emphasis on the inclusion of solvent molecules into the calixarene cavity. Furthermore, calixarene derivatives will be probed as potential receptors for various hydrophobic and (super)chaotropic compounds. Integrated thermodynamic, structural, and computational studies of complexation and solvation processes will be carried out. Several experimental (ITC, fluorimetry, UV-Vis and NMR spectroscopy, potentiometry, conductometry, X-ray diffraction) and computational (MD, DFT) methods will be employed. That will enable reliable determination of thermodynamic quantities (stability constants, reaction and solution Gibbs energies, enthalpies, and entropies) as well as structural characteristics of the receptors and their complexes. The obtained information will provide a detailed insight into the key factors determining the studied complexation equilibria.
PROJEKTNI TIM / PROJECT TEAM
PMF, Sveučilište u Zagrebu / Faculty of Science, University of Zagreb: Vladislav Tomišić (PI), Nikola Bregović, Marija Cvetnić, Gordan Horvat, Katarina Leko, Matija Modrušan, Vladimir Stilinović, Andrea Usenik
Institut Ruđer Bošković / Ruđer Bošković Institute: Leo Frkanec, Mladen Žinić
University of Surrey: Angela F. Danil de Namor
PUBLIKACIJE / PUBLICATIONS
- A. Usenik, M. Modrušan, K. Leko, J. Borovec, S. Marinac, L. Hok, N. Cindro, R. Vianello, G. Horvat, J. Požar, T. Hrenar, V. Tomišić, A Combined Thermodynamic and Computational Study of Alkaline Earth Metal Cations Complexation by a Fluorescent Calix[4]arene Receptor, Int. J. Mol. Sci. 2025, 26(3), 1264.
KONFERENCIJE / CONFERENCES
In progress ...
DIPLOMSKI RADOVI / DIPLOMA OR MASTER THESES
In progress ...
DOKTORSKI RADOVI / PhD THESES
In progress ...
NAGRADE I PRIZNANJA / AWARDS
In progress ...
OSTALO / OTHER
Marija Cvetnić: Priprava i supramolekulska kemija (tio)ureidnih derivata kaliks[4]arena - vezanje aniona, ionskih parova i reakcije heterodimerizacije (ili pecanje).
Popularno-znanstveno predavanje u okviru događanja PhD Café održanog u organizaciji HRZZ-a u Zagrebu (caffe bar Crni mačak), 5. 2. 2025.