Orthogonal schaltbare supramolekulare Polymere in polarer Lösung durch die Kombination von selbst-assoziierenden Ionenpaaren mit Metall-Ligand-Wechselwirkungen

• Applicants: Professor Dr. Markus Albrecht; Professor Dr. Carsten Schmuck (†)
• Subject Area: Organic Molecular Chemistry - Synthesis and Characterisation
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 137665844

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Im Rahmen dieser Sachbeihilfe konnten erfolgreich verschiedene schaltbare supramolekulare Polymere und Gele hergestellt werden. Diese bilden sich durch die Selbstaggregation kleiner Monomere, bei denen ein selbstkomplementäres Zwitterion mit unterschiedlichen Metall-Ligand- Bindungsstellen kombiniert wurde. Die Polymerbildung beruht zum einen auf der Bildung H-Brückenverstärkter Ionenpaare der Zwitterionen und zum anderen auf der Bildung von Metallkomplexen durch die Liganden. Da beide Wechselwirkungen orthogonal zueinander sind, lassen sich die Aggregate auf verschiedene Weise hierarchisch schalten. Die Dimerisierung des Zwitterions kann durch Zugabe von Säuren oder Basen beeinflusst werden und die Metallkomplexbildung durch die Zugabe eines kompetitiven Komplexbildners wie EDTA: So lässt sich reversibel zwischen den einzelnen Monomeren, zwitterionischen Dimeren, linearen Polymeren oder dreidimensionalen Netzwerken schalten. Ist die dreidimensionale Vernetzung ausreichend stabil, bilden sich schaltbare supramolekulare Gele. Unsere Arbeiten zeigen aber auch, wie empfindlich letztendlich die Selbstaggregation vom Wechselspiel der verschiedenen nichtkovalenten Wechselwirkungen abhängt. Selbst das Vorhandensein oder Fehlen weiterer sehr schwacher Wechselwirkungen wie einzelner H-Brücken kann im Zusammenspiel mit den um Größenordnungen stärkeren Dimerisierung des Zwitterions und Metallkomplexbildung massiv das Aggregationsverhalten beeinflussen.

Publications

• Metallosupramolecular Polymers with Orthogonal Interactions; 4th International Summer School "Supramolecular Systems in Chemistry and Biology”-12.-14. September 2011, Regensburg, Germany
  K. Grossert, C. Schmuck
  
• Switchable supramolecular polymers from the self-assembly of a small monomer with two orthogonal binding interactions. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8961–8971
  G. Gröger, W. Meyer-Zaika, C. Böttcher, F. Gröhn, C. Ruthard, C. Schmuck
  
• Advances in switchable supramolecular nanoassemblies. Chem. Eur. J. 2012, 18, 738-755
  T. Fenske, H.-G. Korth, A. Mohr, C. Schmuck
  
• Metallosupramolecular Polymers with Orthogonal Interactions; ORCHEM 2012 -24.-26. September 2012, Weimar, Germany
  K. Grossert, C. Schmuck
  
• Metallosupramolecular Polymers with Orthogonal Interactions; SupraChem 2013-14.-15. Februar 2013, Münster, Germany
  K. Grossert, C. Schmuck
  
• Zwitterion-Perylene-Modules for Supramolecular Systems; SupraChem 2013-14.-15. Februar 2013, Münster, Germany
  I. Krebs, C. Schmuck
  
• A Switchable Metallo-Supramolecular Gel with two Orthogonal Binding Sites; 3rd International Symposium of the Collaborative Research Center 765 “Multivalency in Chemistry and Biochemistry”-23.-24. Oktober 2014, Berlin, Germany
  K. Grossert, C. Schmuck
  
• Expanding the size of catecholesters – modified ligands for the hierarchical assembly of dinuclear titanium(IV) helicates. Z. Anorg. Allg. Chem. 2015, 641, 2222-2227
  D. Van Craen, M. de Groot, M. Albrecht, F. Pan, K. Rissanen
  
• Multiresponsive Supramolecular Gel Based on Zwitterionic and Metal Binding Sites, 10th ISMSC-2015 (10th International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry), 28 Juni 2015 bis 2 Juli 2015, Strasbourg, France
  C. Winkler, C. Schmuck
  
• Hierarchical self-assembly of a small monomer with two orthogonal binding sites: from discrete hexagonal containers to a stimuli-responsive supramolecular gel. Supramolecular Chemistry Volume 30, 2018 - Issue 5-6: SI: Jerry Atwood 75th Birthday Special Issue, Pages 395-403
  K. Grossert, W. Sicking, E. Zellermann, C. Schmuck