Studium komplexace a LCST chování porfyrinů pomocí NMR spektroskopie

• Thesis title in Czech: Studium komplexace a LCST chování porfyrinů pomocí NMR spektroskopie
• Thesis title in English: Study of complexation and LCST behaviour of porphyrins using NMR spectroscopy
• Key words: fázová separace, interakce hostitel-host, porfyrin
• English key words: phase separation, host-guest interactions, porphyrin
• Academic year of topic announcement: 2017/2018
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Macromolecular Physics (32-KMF)
• Supervisor: RNDr. Hana Kouřilová, Ph.D.

Guidelines

Prostudování odborné literatury o fázové separaci a komplexech hostitel-host.
Zvládnutí experimentálních základů spektroskopie NMR a optické mikroskopie.
Experimentální studium LCST chování komplexu hostitel-host vybraného derivátu porfyrinu a jejich interakcí.
Zpracování experimentálních dat a jejich interpretace.
Sepsání bakalářské práce.

References

Odborná literatura o fázové separaci a komplexech hostitel-host
H. Gunther, NMR Spectroscopy: Basic principles, concepts, and applications in chemistry, Second Edition, John Wiley & Sons, 1995

Preliminary scope of work

Porfyriny, nejstudovanější makrocyklické systémy, vykazují řadu užitečných vlastností. Mohou tvořit komplexy s kyselinami nebo kationty kovů, tzv. interakce host-hostitel (host-guest). Na kationty kovů mohou být například dále navázány různé ligandy, které umožní katalytickou aktivitu. Ačkoliv jsou porfyriny achirální, dokáží po komplexaci detekovat chiralitu molekuly hosta[1]. V biologických systémech mají porfyriny významnou roli jako fotosyntetické antény a komponenty reakčních center, nacházejí se v hemu, v koenzymu B12. Naši kolegové z NIMS v Japonsku objevili novou třídu porfyrinů, které k této vlastnosti vykazují navíc schopnost fázové separace. Při pokojové teplotě jsou rozpuštěny ve vodě, při ohřevu nad tzv. dolní kritickou rozpouštěcí teplotu (lower critical solution temperature, LCST) dojde k fázové separaci. Molekuly vykazující LCST chování jsou ve velké většině případů polymery[2], u malých molekul je známo jen velmi málo případů[3,4]. Cílem práce bude studium a porozumění vlastností porfyrinů jak samotných bez hosta, tak v komplexu s kyselinou, a také změny těchto vlastností s teplotou. Ke studiu bude použita spektroskopie nukleární magnetické rezonance doplněna optickou mikroskopií.

[1] Shundo, A., Labuta, J., Hill, J. P., Ishihara, S., Ariga K., J. Am. Chem. Soc. 131, 9494 (2009)
[2] Tanaka, T., Phys. Rev. Lett. 40, 820 (1978)
[3] Betancourt J. E., Rivera J. M., J. Am. Chem. Soc. 131, 16666 (2009)
[4] Richards G. J., Labuta J., Hill J. P., Mori T., Ariga K., J. Phys. Chem. Lett. 1, 1336 (2010)

Preliminary scope of work in English

Porphyrins, the most studied macrocyclic systems, exhibit many interesting properties. They complex with acids and metal cations (host-guest interactions). The metal cations can further bind various ligands which enable catalytic activity. Although porphyrins are achiral, they can detect the guest chirality upon complexation[1]. They play an important role as photosynthetic antennae and components of reaction centers in biological systems, they are in heme, coenzyme B12 and many other biomolecules. Our colleagues from NIMS in Japan prepared a new class of porphyrins which in addition to these properties undergo phase separation. At room temperature they are dissolved in water, while heated above lower critical solution temperature (LCST) they phase separate. Usually molecules that exhibit phase separation behaviour are polymers[2], only very few small molecules were reported so far[3,4]. The goal of this thesis will be study and understanding of properties of this new class of thermoresponsive porphyrins both with and without the guest and changes of those properties with temperature using nuclear magnetic resonance spectroscopy and optical microscopy.

[1] Shundo, A., Labuta, J., Hill, J. P., Ishihara, S., Ariga K., J. Am. Chem. Soc. 131, 9494 (2009)
[2] Tanaka, T., Phys. Rev. Lett. 40, 820 (1978)
[3] Betancourt J. E., Rivera J. M., J. Am. Chem. Soc. 131, 16666 (2009)
[4] Richards G. J., Labuta J., Hill J. P., Mori T., Ariga K., J. Phys. Chem. Lett. 1, 1336 (2010)